RHYTHMIC INTERACTIONS BETWEEN PUMP AND ELECTROCARDIOGRAPHIC INDICES OF THE HEART ARE DETERMINE THE EFFECTIVENESS OF ADAPTIVE RESPONSES UNDER ACUTE HYPOXIA

Abstract

Spectral, phase, coherence and etc relationships between oscillations of the left ventricular end diastolic pressure (EDP), specific peripheral vascular resistance (SPR), left ventricular systolic volume (SV), R-R intervals of ECG at the dominant frequency spectrum component corresponding to the respiration frequency that were recorded under normoxia (N) and acute hypoxia (H), were studied.

Full Text

Ритмические взаимоотношения насосных и электрокардиографических показателей сердца определяют эффективность адаптивных реакций при острой гипоксии

УДК 796.012+612.27

А.С. Радченко¹, А.Н. Калиниченко², Н.С. Борисенко³, Ю.Н. Королев^4,5, Н.В. Кудрявцева⁵

¹ Санкт-Петербургский гуманитарный университет профсоюзов, Санкт-Петербург, Россия;

² Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет (ЛЭТИ), Санкт-Петербург, Россия.  

³ Военный институт физической культуры, Санкт-Петербург, Россия

⁴ Военно-медицинская академия ми. С.М. Кирова, Санкт-Петербург, Россия

⁵ Национальный государственный университет физической культуры спорта и здоровья им. П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург, Россия

A.S. Radchenko¹, A.N. Kalinichenko²

¹ Saint-Petersburg University of Humanities and Social Sciences, Saint-Petersburg, Russia;

² St. Petersburg State Electrotechnical University “LETI”, Saint-Petersburg, Russia  

Резюме

Изучались спектральные, фазовые, когерентные и др. отношения колебаний конечного диастолического давления левого желудочка (КДД), удельного периферического сопротивления сосудов (УПС), систолического объема (СО) левого желудочка, R-R интервалов ЭКГ на доминирующей частотной составляющей спектра, соответствующей частоте дыхания, которые были зарегистрированы при нормоксии (Н) и острой гипоксии (Г). Данные были получены неинвазивно при непрерывной синхронной регистрации на последних 3 минутах 15 минутного гипоксического тестирования (ГТ) (дыхание воздухом с F_IО₂ = 0,1 спонтанное; гипоксикатор MAG-20 – Higher Peak, USA) посредством тетраполярной грудной реографии и ЭКГ в I-III ст. отведениях и сопоставлялись с аналогичными показателями, полученными перед этим при нормоксии. Испытуемые: 13 здоровых мужчин, возраст 20,2 ± 0,8 (лет), масса тела 70,8 ± 2,6 (кг), рост 177,4 ± 1,82 (см), каждый из которых проходил ГТ 2-3 раза с интервалом 1-2 месяца. Общее количество ГТ – 30 (n = 30).  

В группу эффективной адаптации (ЭА) были включены случаи (n = 12), при которых минутный объем кровообращения (МОК) и КДД при Г значимо (р < 0,05) увеличивались, УПС и СО снижались. Максимальный вектор деполяризации (A_QRS) во фронтальной плоскости при Г значимо (р < 0,05) увеличивался. В группу неэффективной адаптации (нЭА) были включены случаи (n = 18) с обратной, относительно ЭА, динамикой МОК, КДД, УПС при гипоксии. ЭА и нЭА типы адаптаций проявлялись у одного и того же испытуемого при разных ГТ, также как у одних и тех же испытуемых могла проявляться только ЭА или только нЭА.

В ритмических показателях колебаний КДД и СО, отражающих изменения механизма Франка—Старлинга в условиях острой гипоксии, значимых изменений не происходило. ЭА характеризовалась значимо (p < 0,05) бóльшим МОК, что объясняется значимо бóльшим хронотропным эффектом. В ритмических отношениях пар колебательных процессов КДД—УПС и УПС—R-R интервалов при ЭА значимо (p < 0,05) уменьшалась взаимная спектральная плотность мощности. Снижение амплитуд в рассматриваемых парах колебаний отражает более эффективную работу артерио-кардиального барорефлекса по уменьшению УПС при ЭА. При нЭА различия между этими же ритмическими характеристиками не значимы. Количественные изменения показателей насосной функции сердца в условиях острой гипоксии определяются ритмическими перестроениями рассмотренных пар колебательных процессов на доминирующей частоте дыхания.

Ключевые слова: острая гипоксия; гипоксическое тестирование; изменчивость механизма Франка-Старлинга; изменчивость артерио-кардиального барорефлекса  

Spectral, phase, coherence and etc relationships between oscillations of the left ventricular end diastolic pressure (EDP), specific peripheral vascular resistance (SPR), left ventricular systolic volume (SV), R-R intervals of ECG at the dominant frequency spectrum component corresponding to the respiration frequency that were recorded under normoxia (N) and acute hypoxia (H), were studied. The data were obtained noninvasively by continuous synchronous recording during the last 3 minutes of a 15-minute hypoxic test (HT) (breathing air with F_IО₂ = 0.1 spontaneous; hypoxicator MAG-20 – Higher Peak, USA) by means of tetrapolar thoracic rheography and ECG in st. I-III leads and were compared with similar indices received before that under normoxia. Subjects: 13 healthy men, age 20.2 ± 0.8 (years), body weight 70.8 ± 2.6 (kg), height 177.4 ± 1.82 (cm), each of whom underwent HT 2-3 times with an interval of 1-2 months. Total number of HT – 30 (n = 30). 

The group of effective adaptation (EA) included cases (n = 12) in which the minute blood flow (MBF) and EDP during hypoxia significantly (p < 0.05) increased under H, and the SPR and SV decreased. The maximum depolarization vector (A_QRS) in the frontal plane under H significantly (p < 0.05) increased. The group of ineffective adaptation (nEA) included cases (n = 18) with the opposite, relative to EA, dynamics of MBF, EDP, SPR under hypoxia. EA and nEA types of adaptation were developed in the same subject at different HT, just as only EA or only nEA could be developed in the same subjects.   

There were no significant changes in the rhythmic interactions of EDP and SV oscillations, reflecting the changes in the Frank-Starling mechanism under acute hypoxia. EA was characterized by a significantly (p < 0.05) greater MBF, which is explained by a significantly greater chronotropic effect. In the rhythmic relationships of pairs of EDP—SPR oscillatory processes and SPR—R-R intervals, the mutual spectral power density significantly (p < 0.05) decreased in EA. The decrease in amplitudes in the considered pairs of oscillations are reflects more effective work of the arterial-cardiac baroreflex in reducing the SPR in EA. In nEA the differences between these same rhythmic characteristics are not significant.

Quantitative changes in the indices of heart pumping function under acute hypoxia conditions are determined by rhythmic restructuring of the considered pairs of oscillatory processes at the dominant respiration frequency.

Key words: acute hypoxia; hypoxic testing; dynamic Frank-Starling mechanism; dynamic arterial-cardiac baroreflex

Анализ вариабельности сердечнососудистой системы в частотной области позволяет изучать как нервные, так и не нейронные механизмы регуляции деятельности сердца. Этот анализ является сложной задачей из-за множественных входных и выходных механизмов сердечнососудистого и дыхательного контроля. Дыхательная аритмия проявляется как в колебаниях R-R интервалов ЭКГ, так и в показателях насосной функции сердца. Конечное диастолическое давление левого желудочка (КДД), периферическое (удельное) сопротивление сосудов (УПС), систолический объем (СО) левого желудочка также изменяются от сокращения к сокращению сердца под влиянием колебаний внутригрудного давления.

Ранее мы показали, что дыхание воздухом, содержащим 10% кислорода (F_IО₂ = 0,1) у молодых практически здоровых лиц вызывает: увеличение минутного объема кровообращения (МОК) и КДД; снижение УПС и СО. При этом во взаимодействии пар колебательных процессов (КП) КДД‒УПС и КДД‒R-R интервалов ЭКГ происходят изменения фазовых, когерентных отношений и коэффициента функции передачи на доминирующей частотной составляющей взаимного спектра, соответствующей частоте дыхания. Несмотря на то, что в среднем количественные изменения рассматриваемых показателей при острой гипоксии относительно данных при нормоксии статистически значимы, не во всех случаях происходят изменения, соответствующие динамике их среднестатистической направленности [6].

Изменчивость фазовой задержки и функции передачи во взаимоотношениях колебаний показателей, характеризующих сердечнососудистую регуляцию при изменении различных физиологических условий, продемонстрированы в ряде работ [20, 21, 22, 17, 11, 12]. M.Hieda с коллегами [12] предложили концепцию трехкомпонентной каскадной модели интегрированной сердечнососудистой регуляции, состоящей из оценки изменчивости: а) действия механизма Старлинга; б) артериальной эластичности; в) артерио-кардиального барорефлекса. При этом КДД левого желудочка регистрировалось инвазивно (диастолическое давление в легочной артерии).

В нашей работе, мы намереваемся продемонстрировать изменения ритмических отношений (изменение спектров колебаний, фазы, когерентности, функции передачи |gain(f)| и др.) в парах колебательных процессов (КП) насосных показателей сердца – КДД, СО, УПС – и R-R интервалов при переходе от нормоксии к гипоксии (F_IО₂ = 0,1). При этом КДД, СО и УПС регистрируются неинвазивно.

Взаимоотношения КДД и СО представляют собой гетерометрическую миогенную ауторегуляцию насосной функции сердца. Их ритмическое взаимодействие, взаимоотношения преднагрузки и систолического объема, дает характеристику подвижности механизма Франка—Старлинга [12].

Общее периферическое сопротивление (в нашем случае УПС) представляет собой гомеометрическую ауторегуляцию и может быть отождествлено с фактором постнагрузки, в определение которого могут быть включены и такие оценочные характеристики, как среднее артериальное давление, импеданс, комплайнс и др. [3, 4]. Следовательно, ритмические взаимоотношения пар КП КДД—УПС и УПС—R-R интервалов выражают подвижность (от сокращения к сокращению сердца) взаимоотношений преднагрузки и постнагрузки сердца и подвижность барорефлекса соответственно.

Мы предположили, что предъявление острой гипоксии может вызвать изменения нагрузки левого желудочка и этим вызвать регуляторные перестроения, выраженные как ритмические отношения между насосными характеристиками сердца и R-R интервалов, которые можно будет оценить, как эффективные или неэффективные типы срочной адаптации при гипоксии. Критериями эффективности будут количественные изменения насосных показателей сердца. 

Методы исследования                

Процедуры тестирования и измерений. Испытуемые – 13 здоровых мужчин, ведущих физически активный образ жизни. Этот контингент испытуемых был аналогичен тому, который участвовал в работе [6] – возраст 20,2 ± 0,8 (лет), масса тела 70,8 ± 2,6 (кг), рост 177,4 ± 1,82 (см). Все испытуемые были информированы о целях, задачах и методах исследования и дали письменное согласие на участие в экспериментах. Каждый испытуемый проходил гипоксическое тестирование (ГТ) 2-3 раза с интервалом 1-2 месяца. Общее количество ГТ – 30 (n = 30). ГТ состояло из 15 минутного непрерывного дыхания воздухом F_IO₂ = 0,1 – гипоксикатор MAG-20 (Higher Peak, USA). При ГТ непрерывно регистрировались: насыщение артериальной крови кислородом (SpO₂ %) и ЧСС – пульсоксиметр CONTEC^TM (Contec Medical System, China); показатели центральной гемодинамики («РеоСпектр», г. Владимир, Россия) посредством тетраполярной реографии [14, 5]; ЭКГ I — III ст. отв. и ряд других показателей. Непрерывная запись реограммы и ЭКГ строго синхонизировались. Крепление датчиков, межэлектродные расстояния у одних и тех же лиц при тестированиях повторялись. Артериальное давление регистрировалось при нормоксии в покое и в процессе ГТ на 5 и 11-12 минутах. Вычисления показателей по реограмме проводились автоматически программной системой «РеоСпектр» (г. Владимир, Россия) после ручной коррекции расстановки курсоров на реограмме.

Для вычисления от сокращения к сокращению сердца значений КДД (мм рт. ст.) — по Н.А. Елизаровой и др. [2], СО (мл), УПС (у.е. – мм рт. ст., соотнесенные с площадью поверхности тела), МОК (л/мин) брались записи реограммы и ЭКГ на последних 3 минутах гипоксического тестирования. Вычисления показателей по реограмме проводились автоматически программной системой «РеоСпектр» (г. Владимир, Россия) после ручной коррекции расстановки курсоров на реограмме. Испытуемые дышали спонтанно. Перечисленные показатели регистрировались также при нормоксических условиях в течение 3 минут перед предъявлением гипоксии. Данные, полученные в условиях гипоксии, сопоставлялись с данными, зарегистрированными за 15 минут перед этим при нормоксии.

Вычисления, анализ данных. Неравномерно дискретизированные последовательности данных КДД, СО, УПС, R-R интервалов ЭКГ восстанавливались с помощью метода сплайн-интерполяции, дискретизировались с частотой 4 Гц для дальнейшего анализа и подвергались процедуре удаления линейного тренда. Взаимная корреляционная функция для двух сигналов рассчитывается как:

где x(n), y(n) — отсчеты для каждого из сигналов, N — количество отсчетов каждого из сигналов, m — число сдвигов, σ_x и σ_y — среднеквадратичные отклонения.

Для спектрального анализа равномерно дискретизированные последовательности данных разделяются на сегменты по 60 отсчетов (т.е. по 15 секунд) каждый с перекрытием 50%. В результате получаются 23 сегмента данных для 3-минутной записи сигналов. К каждому сегменту данных применяется быстрое преобразование Фурье с использованием окна Хемминга, и полученные данные усредняются для нахождения автоспектров сигналов [S_XX(f)] и взаимных спектров [S_xy(f)]. Спектральное разрешение для них составляет 0,0078 Гц. Для оценки соотношения между сигналами был применен анализ функции передачи системы. Передаточная функция [H(f)] вычисляется как: 

где S_xx(f), — автоспектр сигнала x, а, S_xy(f) — взаимная спектральная плотность мощности между сигналами x и y.  

Величина коэффициента передачи |gain(f)| системы и фазовый спектр сигналов |phase(f)| рассчитываются из мнимой и вещественной частей функции передачи [H(f)]:

Коэффициент усиления и фазовое смещение отражают отношение амплитуд и временных параметров входного и выходного сигналов системы в определенном частотном диапазоне. Долю мощности выходного сигнала по отношению к мощности входного на каждой частоте характеризует функция когерентности [Coh(f)], вычисляемая по формуле:

где S_xx(f), S_yy(f) — автоспектры сигналов x и y соответственно, а S_xy(f) — взаимная спектральная плотность мощности между сигналами x и y.

Мы рассматривали взаимодействие пар КП КДД–СО, КДД–УПС, УПС–R-R на доминирующей частотной составляющей (ЧС) взаимного спектра, которая соответствует колебаниям внутригрудного давления. Важно также подчеркнуть, что, мы не рассматриваем изменения во взаимоотношениях между КП в определенных частотных диапазонах. Мы изучаем изменения временной (фазовой) задержки между функционально связанными показателями на доминирующей ЧС произвольного дыхания как естественного стимула изменения внутригрудного давления. Временная задержка является средней величиной функциональной задержки передачи воздействия одной переменной величины на другую в выборке, которая от сокращения к сокращению сердца имеет признаки КП.

При сопоставлении двух КП передаточная фаза (Ɵ) имеет отрицательное значение, когда изменения на входе предшествуют изменениям на выходе. Колебания на входе соответствуют колебаниям показателя, обозначенного первым. Таким образом, отрицательное значение фазы (‒Ɵ) означает, что колебания первого показателя опережают колебания второго показателя на рассматриваемой ЧС спектра. Значения Ɵ, приближающиеся к 0 на ЧС дыхания, определяются как синхронность между рассматриваемыми КП. Этот показатель дается в секундах. Вычисления проводились посредством математического аппарата, изложенного в ряде работ [20, 21, 22, 13, 23, 25, 26, 17, 11, 12]. Представленный алгоритм реализован программной системой «MATLAB».

Статистика. Сопоставление данных представлено средними значениями и стандартным отклонением (М ± SD). Вычисления были выполнены программой STATGARAPHICS.

Результаты исследований

Количественные изменения насосных характеристик сердца в условиях острой гипоксии.  

Из общего числа ГТ (n = 30) были выделены случаи, в которых в условиях гипоксии происходило увеличение МОК, КДД и снижение СО и УПС, а также увеличение (перемещение вправо) максимального вектора деполяризации (A_QRS) во фронтальной плоскости (р < 0,05) или незначимое их изменение. Такие 15 случаев были отнесены к эффективным типам адаптивной реакции (ЭА) при острой гипоксии (таблица 1). Важно подчеркнуть, что увеличение МОК и снижение УПС являются необходимым перестроением сосудистого русла для сохранения кислородного гомеостаза организма в условиях уменьшения концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе. Направленность значимых изменений средних значений в этой группе соответствует направленности индивидуальных изменений рассматриваемых показателей при гипоксии во всех 12 случаях. В других 18 случаях, которые были отнесены к неэффективным адаптивным реакциям (нЭА) при ГТ наблюдалось обратное явление – значимое снижение МОК, КДД и/или незначительное их изменение, значимое (р < 0,05) увеличение УПС. Происходило также значимое уменьшение R-R, как при ЭА, так и при нЭА, ΔR-R (разница R-R между нормоксией и гипоксией) при ЭА была значимо больше, чем при нЭА (р<0,05). Оказалось, что A_QRS  во фронтальной плоскости значимо (p < 0,05) поворачивается вправо при ЭА. При нЭА достоверных различий не наблюдается. 

Различия показателей при гипоксии относительно показателей при нормоксии в таблице 1 получены на основе суммирования (от сокращения к сокращению сердца) показателей всех испытуемых для непрерывных 3 минутных записей. ЭА и нЭА при гипоксии могли проявляться у одного и того же испытуемого при разных ГТ, также как у одних и тех же испытуемых проявлялась только ЭА или только нЭА.

Таблица 1. Изменения показателей насосной функции сердца в условиях гипоксии относительно данных при нормоксии (M ± SD)

Показатель	ЭА при гипоксии (n = 12)		нЭА при гипоксии (n = 18)
	нормоксия	гипоксия	нормоксия	гипоксия
МОК (л/мин)	5,79 ± 1,3*	6,4 ± 1,15*	5,5 ± 0,94**	5,33 ± 0,84**
КДД (мм рт. ст.)	11,16 ± 1,6*	11,3 ± 1,5*	11,02 ± 1,9**	10,05 ± 1,7**
УПС (у.е.)	29,09 ± 7,7*	25,34 ± 5,9*	28,8 ± 7,6**	30,32 ± 4,03**
СО (мл)	69,47 ± 12,9*†	67,87 ± 11,6*†	73,4 ± 12,1**†	70,98 ± 10,5**†
R-R (c)  (ΔR-R)	0,75 ± 0,06*	0,66 ± 0,06* (Δ0,091 ± 0,096†)	0,80 ± 0,1**	0,76 ± 0,1** (Δ0,039 ± 0,144†)
AQRS °	76,22 ± 12,69*	78,71 ± 10,95*	77,85 ± 14,9	78,29 ± 15,3

*) – различия значимы при гипоксии относительно данных при нормоксии в группе ЭА

(p < 0,05); **) – различия значимы при гипоксии относительно данных при нормоксии в группе нЭА (p < 0,05); ^†) – различия значимы (p < 0,05) между соответствующими показателями при ЭА и нЭА. 

Изменения механизма Франка—Старлинга и взаимодействия пред- и постнагрузки сердца. В характеристиках взаимодействия колебаний КДД и СО в условиях острой гипоксии статистически значимых изменений не обнаруживается, как при ЭА, так и при нЭА (таблица 2). Фазовые отношения в этой паре КП изменяются мало. Только gain(f) при ЭА в условиях гипоксии заметно увеличивается, но значимых различий нет.     

Взаимодействие КДД и УПС во всех 12 случаях ЭА, как при нормоксии, так и при острой гипоксии проявляется опережением колебаний КДД перед колебаниями УПС на ЧС дыхания (таблица 2). Опережение колебаний КДД уменьшается в среднем на 1 секунду, т.е. опережение колебаний КДД перед УПС при нормоксии происходило (в среднем) на 3 сокращения сердца, при гипоксии на 2 сокращения – отношение Ɵ/RR.  При нЭА это взаимодействие в среднем характеризовалось обратными изменениями. Наблюдалось как опережение колебаний КДД перед УПС, так и наоборот, опережение колебаний УПС перед КДД на 2-3 сокращения сердца. Взаимная СПМ в паре КП КДД—УПС значимо (p < 0,05) снижалась при ЭА.

Изменения артерио-кардиального барорефлекса. Взаимодействие колебаний УПС и R-R интервалов при ЭА и нЭА, отражающих поведение барорефлекса в условиях острой гипоксии, характеризуется высокой синхронностью. Фазовые расхождения на ЧС дыхания близки к нулю (таблица 2). Соотношение Ɵ/RR показывает, что при ЭА минимальное фазовое расхождение обеспечивает срабатывание барорефлекса в том же кардиоцикле. При нЭА наблюдается увеличение Ɵ/RR, т.е. происходит срабатывание барорефлекса в следующем кардиоцикле, что отражает его замедление. Взаимная СПМ при ЭА значимо уменьшалась (p < 0,05). Gain(f) при ЭА и при нЭА снижался не значимо.

Когерентность в рассматриваемых парах колебательных процессов, как при нормоксии, так и при гипоксии была схожей и высокой, что подтверждает обоснованность анализа передаточной функции. 

Таблица 2. Ритмические отношения между парами колебательных процессов

КДД—СО, КДД—УПС, УПС—R-R (M ± SD) в условиях острой гипоксии

	ЭА при гипоксии (n = 12)		нЭА при гипоксии (n=18)
	нормоксия	гипоксия	нормоксия	гипоксия
КДД—СО
Ɵ(c)	‒0,27 ± 2,5	0,44 ± 2,43	‒0,75 ± 2,59		‒0,66 ± 2,1
Ɵ(c)/R-R(c)	2,06 ± 1,99	2,13 ± 2,15	2,34 ± 1,65		1,93 ± 1,5
вСПМ	39,5 ± 34,05	38,48 ± 43,9	36,42 ± 18,04		34,3 ± 33,52
gain(f)	4,33 ± 2,28	6,35 ± 4,6	4,07 ± 2,76		4,00 ± 1,93
Coh	0,63 ± 0,25	0,69 ± 0,14	0,58 ± 0,24		0,59 ± 0,29
КДД—УПС
Ɵ(c)	‒1,78 ± 2,2	‒0,08 ± 2,64	‒0,43 ± 2,8		‒0,85 ± 2,87
Ɵ(c)/R-R(c)	3,26 ± 1,79	2,98 ± 2,82	2,89 ± 1,6		3,02 ± 2,13
вСПМ	26,01 ± 12,47*	13,85 ± 6,6*	22,32 ± 14,6		16,34 ± 9,67
gain(f)	3,01 ± 2,02	2,84 ± 1,75	2,53 ± 1,32		2,71 ± 1,53
Coh	0,78 ± 0,2	0,77 ± 0,11	0,72 ± 0,23		0,75 ± 0,21
УПС—R-R
Ɵ(c)	‒0,04 ± 0,3	0,1 ± 0,33	0,18 ± 0,63		‒0,19 ± 1,6
Ɵ(c)/RR(c)	0,35 ± 0,36	0,87 ± 1,43	0,60 ± 0,42		1,124 ± 1,68
вСПМ	168,2 ± 100,7*	73,4 ± 45,5*	129,9 ± 115,02		76,52 ± 45,5
gain(f)	24,63 ± 15,7	18,04 ± 12,6	16,79 ± 9,08		16,92 ± 15,45
Coh	0,83 ± 0,1	0,79 ± 0,22	0,73 ± 0,2		0,67 ± 0,24

*) – различия значимы при гипоксии относительно данных при нормоксии (p < 0,05)

Обсуждение

Предварительное разделение срочных адаптивных реакций при острой гипоксии на эффективные и неэффективные типы по показателям насосной функции сердца (таблица 1) позволило выявить ряд паттернов сердечнососудистой регуляции, которые обеспечивают эту эффективность. Эффективная адаптация характеризуется значительным увеличением минутного объема кровообращения и небольшим, но значимым, увеличением конечного диастолического давления левого желудочка при значительном снижении ударного объема левого желудочка и периферического сопротивления сосудов. Для неэффективной адаптации в этих условиях характерно, прежде всего, увеличение периферического сопротивления сосудов и снижение объема кровообращения.

Значимое увеличение поворота максимального вектора деполяризации (A_QRS) во фронтальной плоскости (перемещение вправо) в условиях острой гипоксии обсуждалось ранее [6]. Следует добавить, что дилатация правого желудочка, также как и его перегрузка объемом, связанная с повышением давления в малом круге, приводит к повороту сердца по часовой стрелке вокруг продольной оси (со стороны верхушки). В пространственной ЭКГ наблюдается максимальное увеличение петли QRS вправо в трансверсальной плоскости  [18, 7]. Таким образом, правый желудочек несколько перемещается вперед к моменту окончания диастолы и началу систолы. При определении A_QRS по I и III ст. отведениям происходит перемещение вектора вправо во фронтальной плоскости. Наблюдаемое перестроение отражает увеличение объема кровообращения в правом желудочке и в малом круге при ЭА в условиях острой гипоксии.   

Несмотря на значимое увеличение преднагрузки (таблица 1) и значительное увеличение gain(f) (таблица 2) в условиях острой гипоксии ожидать существенного увеличения кровообращения за счет механизма Франка—Старлинга при ЭА не приходится. Однако значимое снижение постнагрузки, открывает возможности увеличения МОК за счет хронотропного эффекта – R-R и ΔR-R. Факт, что значительное снижение периферического сопротивления сосудов может привести к чрезмерному увеличению частоты сердечных сокращений и МОК хорошо документирован [1]. Следовательно, оптимальное снижение УПС, которое свойственно ЭА, вполне соответствует необходимому увеличению МОК для достаточного обеспечения организма кислородом при снижении его концентрации во вдыхаемом воздухе до 10%. 

Вопрос о сопоставлении ритмических взаимоотношений преднагрузки и постнагрузки сердца основан на известной закономерности. Увеличение насосной работы левого желудочка на 700% (!) за счет преднагрузки повышает потребление кислорода миокардом на 53%, а увеличение работы за счет повышения постнагрузки на 80% сопровождается ростом потребления миокардом кислорода на 75% [19, 3]. Ритмические взаимоотношения КДД и УПС, как при ЭА, так и при нЭА изменяются незначительно. Однако значимое (p < 0,05) снижение вСПМ вместе со снижением gain(f) при ЭА в паре КДД—УПС (таблица 2) строго соответствуют значимому снижению при острой гипоксии средней величины УПС (таблица 1).    

Усиление работы сердца за счет увеличения постнагрузки выражается артерио-кардиальным барорефлекторным ответом. В норме обнаруживается мгновенная реакция барорефлекса на колебания артериального давления. Изменения времени задержки наблюдается только при целенаправленном воздействии на его чувствительность, т.е. при изменении вагусно-симпатического баланса [24]. Чувствительность барорефлекса важна для организма человека в продолжение жизни при любых условиях [24, 8, 9, 15], его ключевая роль в регуляции кровообращения продолжает тщательно изучаться [10]. В настоящей работе удалось выяснить, что оценка артерио-кардиального барорефлекса путем сопоставления ритмических характеристик УПС—R-R отчетливо показывает различия между ЭА и нЭА. Несмотря на то, что происходило не значимое снижение gain(f) при ЭА, взаимная спектральная плотность мощности при этом значимо (p < 0,05) снижалась. Уменьшение рассмотренных ритмических характеристик прямо соответствует уменьшению количественного показателя насосной функции сердца.

Заключение

Перестроения в регуляции деятельности сердца, вызываемые острой гипоксией, можно классифицировать по эффективности адаптации. Количественные показатели насосной функции сердца (МОК, КДД, УПС, СО), а также электрокардиографические характеристики R-R и A_QRS (табл. 1) являются основой разделение на эффективные и не эффективные типы срочной адаптации.  

Паттерны ритмических взаимоотношений КДД и СО, отражающих подвижность механизма Франка-Старлинга в условиях острой гипоксии, значимо не изменяются. Значительное увеличение кровообращения в условиях острой гипоксии обеспечивается преимущественно хронотропным эффектом, в особенности, при эффективной адаптации. Ритмические взаимоотношения КДД и УПС как обобщенных индексов, выражающих преднагрузку и постнагрузку сердца, вместе с ритмическими взаимоотношениями УПС и R-R (колебаниями преднагрузки и кардиоритма), отражают работу артерио-кардиального барорефлекса при острой гипоксии, активность которого отчетливо выражена при эффективной адаптации.  

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии у них конфликта интересов.

Литература

1. Вальдман А.В., Алмазов В.А., Цырлин В.А. Барорецепторные рефлексы: Барорефлекторная регуляция кровообращения. – Л.: Наука, 1988. – 143 с. [Valdman AV, Almazov VA, Cirlin VA. Baroreceptor’s reflexes: Baroreflex regulation of blood circulation. – L.: Nauka, 1988. – 143 p.]
2. Елизарова Н.А., Рубанова М.П., Атьков О.Ю. и др. Клиническая значимость диастолического коэффициента тетраполярной грудной реограммы у больных ишемической болезнью сердца // Бюллетень ВКНЦ АМН СССР. — 1987. — Т. 10, № 2. — С. 41-47. [Elizarova NA, Rubanova MP, Atkov OY, et al. Clinical significance of the diastolic coefficient of the tetrapolar thoracic rheogram in patients with ischemic heart disease. Bulletin of AUCSC AMS USSR. 1987;10(2):41-47.]
3. Константинов Б.А., Сандриков В.А., Яковлев В.Ф. Оценка производительности и анализ поцикловой работы сердца в клинической практике. – Л.: Наука, 1986. – 140 с. [Konstantinov BA, Sandrikov VA, Yakovlev VF. Performance evaluation and cycle-by-cycle analysis of cardiac work in clinical practice. – L.: Nauka, 1986. – 140 p.]
4. Константинов Б.А., Сандриков В.А., Яковлев В.Ф., Симонов В.А. Динамика насосной функции сердца. – М.: Наука, 1989. – 150 с. [Konstantinov BA, Sandrikov VA, Yakovlev VF, Simonov VA. Dynamics of the pumping function of the heart. – M.: Nauka, 1989. – 150 p.]
5. Пушкарь Ю.Т., Большов В.М., Елизарова Н.А. и др. Определение сердечного выброса методом тетраполярной грудной реографии и его метрологические возможности // Кардиология. — 1977. — № 7. — С. 85-89. [Pushkar YT, Bolshov VM, Elizarova NA, et al. Determination of cardiac output by tetrapolar chest rheography and its metrological capabilities. 1977;7:85-89.]
6. Радченко А.С., Борисенко Н.С., Калиниченко А.И. и др. Взаимодействие пред- и постнагрузки сердца и RR интервалов при нормобарическом жестком гипоксическом воздействии у молодых здоровых лиц // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии – 2013. – Том. 11(3). – С. 40-49. [Radchenko AS, Borisenko NS, Kalinichenko AN, et al. The heart preload and afterload interaction and RR under hard normobaric hypoxia exposure in healthy young persons. Reviews on clinical and drug therapy. 2013;11(3):40-49.]
7. Титомир Л.И., Рутткай-Недецкий И., Бахарова Л. Комплексный анализ электрокардиограммы в ортогональных отведениях: Электрокардиографическая интроскопия сердца. – М.: Наука. – 238 с. ISBN 5-02-002562-3 [Titomir LI, Ruttkay-Nedecky I, Bacharova L. Comprehensive analysis of the electrocardiogram in orthogonal leads: Electrocardiographic Introscopy of the heart. – M.: Nauka. 2001. – 238 p.]     
8. Bourdillon N, Yazdani S, Subudhi AW. et al., AltitudeOmics: Baroreflex Sensitivity During Acclimatization to 5,260 m. Physiol. 2018;9:767. doi: 10.3389/fphys.2018.00767
9. Bourdillon N, Yazdani S, Subudhi AW. et al. AltitudeOmics: Spontaneous Baroreflex Sensitivity During Acclimatization to 5,260 m: A Comparison Methods. Physiol. 2019;10:767. doi: 10.3389/fphys.2019.01505
10. Clemson PT, Hoag JB, Cooke WH, et al. Beyond the Baroreflex: A New Measure of Autonomic Regulation Based on the Time-Frequency Assessment of Variability, Phase Coherence and Couplings. Netw. Physiol. 2022;2:891604. doi: 10.3389/fnetp.2022.891604
11. Hieda M, Howden E, Shibata S, et al. Preload-corrected dynamic Starling mechanism in patients with heart failure with preserved ejection fraction. J Appl Physiol (1985). 2018;1;124(1):76-82. doi: 10.1152/japplphysiol.00718.2017
12. Hieda M, Howden E, Sarma S. et al. The impact of 2 years of high-intensity exercise training on a model of integrated cardiovascular regulation. J Physiol. 2019;597(2):419-429. doi: 10.1113/JP276676
13. Ichinose M, Koga S, Fujii N. et al. Modulation of the spontaneous beat-to-beat fluctuations in peripheral vascular resistance during activation of muscle metaboreflex. Am J Physiol. Heart Circ. Physiol. 2007;293:H416-H424.https://doi.org/10.1152/ajpheart.01196.2006  
14. Kubicek WG, Patterson RP, Wetsoe DA. Impedance cardiography as a noninvasive method of monitoring cardiac function and other parameters of the cardiovascular system. Ann NY Acad Sci.1970;170(2):724-732.
15. Manferdelli G, Narang BJ, Bourdillon N, Debevec T, Millet GP. Baroreflex sensitivity is blunted in hypoxia independently of changes in inspired carbon dioxide pressure in prematurely born male adults. Physiol Rep. 2024;12(1):e15857. doi: 10.14814/phy2.15857
16. Moreno-Dominguez A, Colinas O, Smani T et al. Acute oxygen sensing by vascular smooth muscular cells. Front Physiol Sec Vascular Physiol. 2023;14: https://doi.org/10.3389/fphys.2023.1142354
17. Ogoh S., Fisher J.P., Young C.N.et al. Transfer function characteristics of the neural and peripheral arterial baroreflex arcs at rest and during postexercise muscle ischemia in humans. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2009;296(5):H1416-24. doi: 10.1152/ajpheart.01223.2008
18. Ruttkay-Nedecký I., Vanžurovà E., Čulen M. Hemodynamic correlations of rightward oriented QRS vectors in patients with ostium secunadum type atrial septal defect. Electrocardiology’ 88, Amsterdam: Elsevier, 1989. P. 203.
19. Sarnoff S, Mitchell B. The regulation of the performance of the heart. Am J Med. 1961;30(5):747-771.
20. Saul JP, Berger RD, Albrecht P. et al. Transfer function analysis of the circulation: unique insights into cardiovascular regulation. Am J Physiol. 1991;261(Heart Circ Physiol. 30):H1231-1245.
21. Shibata S, Zhang R, Hastings JL. et al. Cascade model of ventricular-arterial coupling and arterial-cardiac baroreflex function for cardiovascular variability in humans. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2006;291:H2142-H2151. doi: 10.1152/ajpheart.00157.2006
22. Shibata S, Hastings JL, Prasad A. et al. 'Dynamic' Starling mechanism: effects of ageing and physical fitness on ventricular-arterial coupling. J Physiol. 2008;586(7):1951-62. doi: 10.1113/jphysiol.2007.143651
23. Van de Vooren H, Gademan MGJ, Swenne CA. et al. Baroreflex sensitivity, blood pressure buffering, and resonance: what are the links? Computer simulation of healthy subjects and heart failure patients. J Appl Physiol. 2007;102(4):1348-1356. doi: 1152/japplphysiol.00158.2006
24. Wesseling KH, Karemaker JM, Castiglioni P, et al. Validity and variability of xBRS: instantaneous cardiac baroreflex sensitivity. Physiol Rep. 2017;5(22):e13509. doi: 10.14814/phy2.13509
25. Zhang R, Iwasaki K, Zuckerman JH. et al. Mechanism of blood pressure and R-R variability: insights from ganglion blockade in humans. J Physiol. 2002;543:337-348. doi: 10.1113/jphysicalol.2001.013398
26. Zhang R, Claassen JAHR, Shibata S. et al. Arterial-cardiac baroreflex function: insights from repeated squat-stand maneuvers. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2009;297:R116-R123. doi: 10.1152/ajpregu.90977.2008