Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы по ритмическому взаимодействию колебаний различных элементов электрокардиосигнала

 

Изобретение относится к медицине, а именно к прикладной физиологии и спортивной медицине. Способ предназначен для определения функционального состояния организма человека с использованием дозированной нагрузочной пробы. Испытуемый выполняет активную ортопробу, при которой непрерывно регистрируется ЭКГ. В расчет берется участок записи ЭКГ после окончания переходного процесса. Измеряются интервалы PQ, QT и ТР. Их выборки оцениваются на стационарность и оценивают степень их согласованности посредством частотного, фазового и когерентного анализа. Результаты вычислений сравнивают со стандартными значениями. Изобретение позволяет с высокой точностью прогнозировать степень эффективности предстоящей адаптивной реакции на циклическую физическую нагрузку без предъявления самой нагрузки, 15 ил., 9 табл.

Изобретение относится к спортивной медицине, физиологии спорта и прикладной физиологии.

В качестве прототипа выбран способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы по ритму сердца [1], который осуществляется путем регистрации электрокардиограммы (ЭКГ) до и во время дозированной нагрузочной пробы. Нагрузочную пробу проводят в виде непрерывного счета в заданном темпе в течение 17-20 мин. До и во время нагрузочной пробы регистрируют ЭКГ, определяют мощность волн и выделяют диапазоны длительностей периодов, вычисляют приращение мощностей волн при переходах от покоя к выполнению пробы и по соотношению количеств полученных сочетаний кодов и величине относительного приращения степени напряжения оценивают функциональные возможности сердечно-сосудистой системы. Иными словами, сопоставляются характеристики ритма R-R интервалов при стандартной нагрузочной пробе с характеристиками R-R ритма в покое. По направленности и величине динамики этих характеристик оценивают функциональные возможности сердечно-сосудистой системы.

В заявленном способе оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы по взаимодействию колебаний различных элементов кардиосигнала (и это является его первой отличительной особенностью) вместо нагрузочной пробы в виде непрерывного счета применяется активная ортостатическая проба. ЭКГ регистрируется в I стандартном отведении непрерывно с момента принятия испытуемым вертикального положения тела для определения момента окончания переходного процесса в кардиоритме и далее в течение трех и более минут для выделения участка записи ЭКГ, отвечающего условиям стационарности и эргодичности.

Для анализа взаимодействия колебаний TP и PQ, PQ и QT, QT и TP проводятся вычисления автоспектров, взаимных спектров, фазовых спектров, спектров когерентности общепринятыми математическими методами [2, 3, 4, 5] - это вторая отличительная особенность заявленного способа. В способе-прототипе анализируется ритм R-R интервалов, а в заявленном способе анализируется ритмические взаимоотношения разных элементов электрокардиосигнала - это третья, физиологически значимая, отличительная особенность заявленного способа.

Физиологические основы заявленного способа следующие. Общепризнанные положения теории функциональных состояний [6] постулируют, что в предрабочем (фоновом) состоянии заложена программа на предстоящее действие (адаптивную реакцию). Ответная реакция организма (любого его структурного уровня) зависит как от интенсивности и характера раздражителя, так и от состояния всех систем (органов, тканей, клеток, клеточных мембран, субклеточных структур, ферментных цепей и т.д.), участвующих в реакции в данный момент. Таким образом, прием сопоставления фоновых (предрабочих) физиологических показателей с результатами последующего тестирования позволил выделить те показатели, которые однозначно совпадают с результатами этого тестирования.

Для идентификации особенностей спектральных, фазовых и когерентных (ритмических) взаимодействий между колебаниями различных интервалов ЭКГ был применен ранее заявлений способ определения функционального состояния сердечно-сосудистой системы при физической нагрузке [7], который опубликован с физиологическими рассуждениями [8] . Суть идентифицирующего способа заключается в сопоставлении градиентов показателей внешнего дыхания (VO₂, V_E, V_E/VO₂, ExcCO₂ и др. ) и ЧСС после анаэробного ("вентиляционного") порога (АнП) с градиентами этих показателей до АнП при равномерно нарастающей физической нагрузке. Классификация типов адаптивных реакций по их эффективности и соответствующие количественные критерии, полученные на спортсменах-бегунах высокого класса, в сокращенном виде приведены в таблице 1 и на фиг. 1. Как видно из этой таблицы и чертежа, наиболее эффективному типу адаптивной реакции (А) соответствует наибольшее увеличение темпа нарастания кислородного пульса (O₂-П), выраженного коэффициентом регресии - tgγ, после превышения нагрузки, соответствующей АнП. В итоге VO_2max достигается на большей скорости бега, а эффективность выполнения упражнения на субмаксимальной интенсивнооти (Q₁₇₀) наибольшая. Наименее эффективному типу адаптивной реакции (С) соответствует максимальный отрицательный темп изменения ₂-П с превышением нагрузки АнП. При этом проявляется наименьшая скорость бега на VO_2max и наименьшая эффективность выполнения упражнения на субмаксимальной интенсивности нагрузки.

Для оценки предрабочего (фонового) состояния сердечно-сосудистой системы применяется ортостатическая проба, при которой непрерывно регистрируется ЭКГ. Известно, что после перехода в вертикальное положение тела, наблюдаются большие перестроения в регуляции сосудистого русла и деятельности сердца (происходит активизация компенсаторных механизмов). Переходный процесс характеризуется динамикой многих физиологических показателей [9-13]. Корректность применения спектрального, фазового и когерентного анализа каждой пары сопоставляемых колебательных процессов (PQ и ТР, PQ и QT, QT и TР), взятых из ЭКГ, обусловлена окончанием переходного процесса. Определение момента окончания переходного процесса осуществляется посредством мониторинга ритмограммы R-R интервалов и проверки на стационарность колебательных процессов, предназначенных для анализа. Наступление этого момента исключительно индивидуально, хотя принято считать, что в среднем переходный процесс заканчивается по истечению 1-й минуты после принятия испытуемым вертикального положения тела. Выборка перечисленных интервалов ЭКГ должна быть достаточной (до 3 и более минут), чтобы вычислить частотные составляющие (ЧС) спектрального окна с колебаниями от 0.03-0.033 Hz до 0.25-0.33 Hz (т.е. волн с периодами от 35-30 секунд до 4-3 секунд), поскольку в нем должны присутствовать низкочастотные (LF) и высокочастотные (НF) составляющие, а также ЧС, соответствующие длине волн Траубе-Геринга (0.05-0.08 Hz) - стандарты и обозначения частотных диапазонов по [14], фиг.2. Пример переходного процесса в колебаниях R-R интервалов при изменении положения тела представлен на фиг.3. Алгоритм компьютерной программы в процессе разработки заявленного способа был составлен именно с этим расчетом.

Для последующего частотного, фазового и когерентного анализа в зарегистрированной выборке ЭКГ измеряются интервалы PQ, QT и ТР. Измерения интервалов PQ проводятся согласно общепринятым требованиям к измерениям ЭКГ-признаков [15] , а интервал QT измеряется до вершины зубца Т (Q-T_top). Интервал ТР также имеет начало измерения от Т_tор.

Алгоритм вычислений содержит в себе стандартные операции наиболее распространенного способа анализа частотного спектра, где теорема Винера-Хинчина является ключевой, представляя спектр мощности стационарного случайного процесса как преобразование Фурье от его автокорреляционной функции [2]. Далее вычисляется взаимная спектральная функция (крос-спектр) и взаимный амплитудный спектр, а затем взаимный фазовый спектр и спектр когерентности. Соответствующий математический аппарат последовательно изложен в некоторых публикациях [16] . В связи с этим необходимо подчеркнуть, что с помощью функции когерентности при любой частоте определяется относительное значение спектральной мощности сигнала-реакции, обусловленного входным стимулом. Она дает возможность определить степень несогласованности между сигналом-стимулом и сигналом-реакцией. Количественной мерой этих факторов является отклонение когерентности от единицы [17]. Входным стимулом в нашем случае считаются колебания ритма сердца на частотных составляющих диапазона спектрального окна, в частности частотные составляющие LF и HF диапазонов как результат регулирующих влияний, осуществляемых через синоатриальный узел. Результаты анализа прохождения входного стимула по пути TP-PQ-RT-TP являются критериями оценки состояния сердечно-сосудистой системы.

Итак, степень взаимодействия колебаний перечисленных элементов ЭКС (т.е. особенности прохождения входного стимула по пути TP-PQ-QT-TP), оцениваемая посредством частотного, фазового и когерентного анализа, является критерием оценки компенсаторной реакции сердечно-сосудистой системы на изменение положения тела и одновременно критерием прогностической оценки типа адаптивной реакции на предстоящую физическую нагрузку.

Данные таблицы 1, а также данные таблиц 2, 3, 4, 5 составлены на основе большого числа экспериментов, проведенных на спортсменах-бегунах (средневики, стайеры, марафонцы) среднего и высокого класса - к.м.с., м.с., м. с.м.к. [8]. Каждый испытуемый участвовал в экспериментах многократно (2-3 дня подряд или с большим интервалом времени), поэтому таблицы 2-5 содержат в себе результаты тестирований, однозначно прогнозирующих конкретные типы адаптивных реакций и состоят из данных, полученных на одних и тех же лицах.

В связи с этим важно отметить, что надежность применения предлагаемого способа растет по мере накопления данных об одном и том же испытуемом. Лонгитьюдиональное сопоставление - основной прием тренера в реализации тренировочного процесса. Такое же сопоставление данных диагностики заявленным способом - основа алгоритма компьютеризованного тренировочного процесса высокой индивидуальной точности.

Принципы проведения оценки состояния сердечно-сосудистой системы. Для оценки состояния сердечно-сосудистой системы используется главная закономерность, которая была получена при сопоставлении данных частотного, фазового и когерентного анализа с результатами тестирования. Суть ее заключается в том, что взаимодействие гармоник, близких между собой по фазе, обеспечивающих фазовое опережение колебаний интервала PQ перед колебаниями QT, а также фазовое опережение колебаний интервалов PQ и QT перед колебаниями интервала ТР в LF диапазоне и на более медленных ЧС, однонаправленно меняется с изменением типа последующей адаптивной реакции. Степень проявления данного феномена является определяющим фактором эффективности последующей адаптивной реакции. Чем ближе к 0^o такая система кратного фазового взаимодействия (СКФВ), т.е. синфазность или приближение к сифазности кратных частотных составляющих в одном из колебательных процессов в паре колебательных процессов PQ-QT с фазовым опережением в пользу колебаний PQ, а также в паpax колебательных процессов PQ-TP, QT-TP с фазовым опережением в пользу PQ и QT соответственно, чем синхроннее в нем гармоники между собой, тем выше эффективность последующей адаптивной реакции на физическую нагрузку.

1. Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы, соответствующее наиболее эффективной последующей адаптивной реакции типа А, характеризуется компенсаторной реакцией, при которой фазовые и когерентные отношения между колебательными процессами интервалов PQ-TP, PQ-QT и QT-TP будут иметь характеристики, представленные в таблице 2 и на фиг.4. Чертежи данного типа понимаются следующим образом. Во взаимном фазовом спектре частотные составляющие процесса, представленного первым, рассматривается относительно другого по абсциссе, а процесс, представленный вторым - по ординате. Коррелятами адаптивной реакции типа А являются следующие ритмические особенности внутренних флюктуаций ЭКС: 1) колебания интервала PQ опережают по фазе колебания интервала QT в медленной части изучаемого спектра (диапазон 0.034-0.1 Hz) на несколько градусов (5-10^o) или, наоборот, колебания QT отстают по фазе от колебаний PQ в медленной части на 5-10^o на указанных частотных составляющих; 2) минимальное фазовое опережение колебаний PQ перед колебаниями QT обязательно сопровождается образованием СКФВ с участием самой медленной частотной составляющей спектрального окна и двукратно меньшей ей ЧС, в которой фазовый угол между гармониками минимален и составляет 0-10^o (см. ЧС 0.034-0.07-0.14 Hz и 0.05-0.1 Hz); 3) колебания интервалов PQ и QT имеют фазовое опережение перед колебаниями интервала ТР в медленной и средней частях изучаемого спектра на 9-45^o и более, зачастую образуя СКФВ. При этом амплитудная мощность колебаний интервала ТР всегда выше, чем у колебаний интервалов PQ и QT, на ЧС LF диапазона и на ЧС волн Траубе-Геринга (ТГ) 0.05-0.08 Hz (колебания с периодом в 20-12.5 с); 4) в парах колебательных процессов PQ-TP и QT-TP когерентность резко снижается в LF диапазоне (до 0.2 и более) и остается низкой в HF диапазоне.

2. Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы, соответствующее наиболее неэффективной последующей адаптивной реакции типа С, характеризуется компенсаторной реакцией, при которой фазовые и когерентные отношения между колебательными процессами рассматриваемых интервалов ЭКГ будут иметь характеристики, представленные в таблице 3 и на фиг.5. Коррелятами адаптивной реакции типа С являются следующие особенности внутренней ритмики ЭКС: 1) полное отсутствие СКФВ во взаимных фазовых спектрах колебаний PQ и QT, которая могла бы поддерживать фазовое опережение колебаний PQ перед колебаниями QT. Обнаруживается тенденция к образованию или образование противоположно направленной СКФВ, т. е. СКФВ обеспечивает фазовое опережение колебаний QT перед колебаниями PQ; 2) колебания QT опережают по фазе колебания PQ в средней части спектра или во всем диапазоне частот, или на отдельных частотных составляющих этого диапазона. Иногда образуется СКФВ, которая обеспечивает фазовое опережение колебаний интервала ТР перед колебаниями интервалов PQ и QT; 3) в парах колебательных процессов PQ-TP и QT-TP когерентность высока в НF диапазоне, что означает преобладание холинергических механизмов в регуляции сердца.

3. Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы, которое обеспечивает удовлетворительную по эффективности реакцию на физическую нагрузку и соответствует адаптивной реакции типа В при последующем тестировании, характеризуется данными компенсаторной реакции, представленными в таблице 4 и на фиг. 6. Коррелятами адаптивной реакции типа В являются следующие особенности внутренней ритмики ЭКС: 1) колебания PQ опережают (иногда значительно) колебания QT в медленной и средней части спектра, стремясь к образованию СКФВ, см. на фиг.5 взаимоотношения частотных составляющих 0.05-0.155 Hz, 0.07-0.14 Hz, а также 0.034-0,14 Hz; 2) фазовые спектры всех пар рассматриваемых колебательных процессов обнаруживают стремление к синфазности на ЧС от LF диапазона в сторону ЧС волн ТГ. Амплитудная мощность колебаний всех рассматриваемых интервалов в этом диапазоне одинакова, но в HF мощность колебаний интервала ТР, как правило, выше;
3) в парах PQ-TP и QT-TP когерентность в LF диапазоне выше, чем при реакциях типа А, и высока на ЧС, соответствующих длине волн Траубе-Геринга. Это говорит о том, что при данном типе реакции во флюктуациях волн возбуждения наблюдаются благоприятные условия для прохождения волн ТГ через сердце.

4. Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы, которое также обеспечивает удовлетворительную по эффективности реакцию на физическую нагрузку и соответствует последующей адаптивной реакции типа АС, характеризуется данными компенсаторной реакции, представленной в таблице 5 и на фиг. 7. Итак, коррелятами адаптивной реакции типа АС являются следующие особенности внутренней ритмики ЭКС:
1) колебания PQ синхронны или немного отстают (до 20^o) от колебаний QT в медленной части спектра (0,03-0,07 Hz), образуя СКФВ в пользу минимального фазового опережения колебаний QT в медленной части спектра. Если колебания PQ образуют СКФВ с минимальным фазовым опережением в свою пользу, то образуются СКФВ противоположно направленного действия на соседних ЧС - в пользу фазового опережения колебаний интервала QT;
2) колебания интервала ТР немного опережают колебания интервалов PQ и QT или синфазны с ними на ЧС волн ТГ;
3) колебания интервала ТР по амплитудной мощности превосходят колебания интервалов PQ и QT на ЧС волн ТГ и в LF диапазоне или на ЧС НF диапазона, но колебания интервалов PQ и QT опережают по фазе колебания ТР в LF диапазоне (как при реакциях типа А);
4) к высокой когерентности в LF диапазоне и на ЧС волн ТГ в медленной части спектра пары PQ-QT добавляется высокая когерентность в парах колебательных процессов PQ-TP и QT-ТР, а в фазовых спектрах всех пар рассматриваемых колебательных процессов наблюдается синфазность на частотных составляющих волн ТГ. Это означает, что во флюктуациях волн возбуждения сердца мы наблюдаем условия, создаваемые для эффективного сквозного прохождения волн ТГ через сердце.

Заявленное изобретение решает задачу оценки степени функциональной готовности в настоящий момент системы кровообращения к интенсивной и длительной циклической физической нагрузке. В результате получается оценка состояния ключевых механизмов, обеспечивающих долговременную адаптацию, и характеризующая функциональные возможности организма человека на момент измерения. При этом однозначно прогнозируется тип адаптивной реакции, ее эффективность, если субъекту предстоит выполнение физической нагрузки. Появляется возможность формулирования практических рекомендаций по технологии тренировки в циклических видах спорта, связанных с проявлением выносливости (управление процессом адаптации), которые будут полностью адекватны состоянию организма спортсмена.

Например, если прогнозируется адаптивная реакция типа А, то это означает, что состояние систем транспорта и утилизации кислорода обеспечит наиболее эффективную адаптацию к циклической физической нагрузке любой интенсивности и длительности [8]. В этом случае тренер или спортсмен, тренирующийся самостоятельно, принимает решение о выполнении развивающей тренировочной нагрузки с максимально возможными, для данного класса спортсмена, характеристиками по ее интенсивности и длительности.

Если прогнозируется адаптивная реакция типа С, то это означает, что состояние систем транспорта и утилизации кислорода не позволит выполнить тренировочную работу большой интенсивности и длительности, поскольку адаптация будет развиваться неэффективно. В этом случае принимается решение о минимальной тренировочной нагрузке поддерживающего характера, вплоть до отмены очередной тренировки и назначения каких-либо восстановительных процедур.

Если прогнозируется адаптивная реакция типа В или АС, то это означает, что тренировочная работа на день измерения должна быть выполнена с учетом тренировочной работой в предыдущие дни и общая физическая нагрузка должна быть ограничена.

Заметим, что наблюдается динамика (увеличение или уменьшение эффективности) состояния систем транспорта и утилизации кислорода, у лиц ежедневно выполняющих тренировочную работу [8], а это, в свою очередь, требует проведения очередного тренировочного занятия соответственно большей или меньшей интенсивности и длительности.

Реализация способа. Заявленный способ реализуется следующим образом. После пребывания в покое в горизонтальном положении 5-6 минут регистрируется фрагмент ЭКГ в общепринятых отведениях для определения особенностей ЭКГ данного испытуемого, т.е. для уточнения возможности регистрации большой выборки ЭКГ в I стандартном отведении. Затем испытуемый встает и принимает вертикальное положение. Одновременно начинается регистрация ЭКГ в I стандартном отведении с высоким разрешением (скорость развертки не менее 100 мм/с). Мониторинг ритмограммы -R-R интервалов осуществляется любым современным методом. После окончания переходного процесса во флюктуациях R-R интервалов ЭКГ регистрируется еще 3-5 (или более) минут. После этого измеряются интервалы PQ, QT, ТР в произведенной записи ЭКГ, начиная от точки Х (см.фиг.3), и каждая из полученных выборок оценивается на стационарность. При наступлении стационарного состояния в колебательных процессах ЭКГ-интервалов PQ, QT и TP для вычислений берется участок записи ЭКГ длительностью, достаточной для вычисления автоспектров, в которых будут присутствовать колебания LF диапазона, а также ЧС, соответствующие длинно волн ТГ. Далее проводятся вычисления автоспектров, взаимных спектров, фазовых спектров, спектров когерентности колебаний перечисленных интервалов ЭКГ. Результаты вычислений автоспектров, фазовых спектров и спектров когерентности интервалов PQ, QT, TP сопоставляются со стандартами, которые соответствуют каждому из типов последующих адаптивных реакций. На основе закономерностей, аккумулированных в таблицах 2, 3, 4, 5 (фиг.4, 5, 6, 7), проводится оценка состояния сердечно-сосудистой системы, т.е. прогнозируется тот или иной тип адаптивной реакции.

Пример 1. Сравним данные 2-дневного эксперимента с испытуемым Б.C. Во второй день исследования (см. фиг.8) по данным фазового анализа колебания интервалов PQ опережают колебания интервала QT в медленной части спектра, образуя СКФВ на частотных составляющих 0.035-0.07-0.14 Hz. Колебания интервалов PQ, и QT немного опережают по фазе колебания интервала ТР в медленной части спектра, также образуя СКФВ. В парах PQ-TP и QT-TP когерентность высока в медленной части спектра (0.86 на частотной составляющей 0.07 Hz) и снижается до 0.12 на частоте 0.1 Hz. Можно заключить также, что флюктуации систолы сердца - термин по [18] - с минимальным фазовым опережением "подхватывают" волны ТГ. Для быстрого пропуска волны давления должно быть опережение возбуждения. Присутствие (влияние) волн ТГ косвенно подтверждается фактом значительного преимущества колебаний интервала ТР в амплитудной мощности перед колебаниями интервалов PQ и QT в соответствующем диапазоне частот. Таким образом, прогнозируется адаптивная реакция на физическую нагрузку типа А.

В первый день (фиг. 9) в фазовом спектре колебаний PQ-QT отсутствует СКФВ, содействующая минимальному фазовому опережению колебаний интервала PQ перед колебаниями интервала QT. Обнаруживается обратное - колебания интервала QT опережают по фазе колебания интервала PQ на частотных составляющих от 0.055 до 0.15 Hz. Обнаруживаются противоположно действующие СКФВ. Так, на небольшое фазовое опережение колебаний PQ перед колебаниями ТР действует СКФВ с ЧС 0.055-0.11-0.22 Hz. В обратную сторону действует СКФВ с ЧС 0.074-0.15 Hz. В фазовом спектре PQ-TP ЧС 0.037-0.074-0.15 Hz находятся почти в противофазах. Однако амплитудная мощность ЧС, вовлеченных в СКФВ, чрезвычайно мала. В парах колебательных процессов PQ-TP и QT-TP в HF диапазоне (0.18 Hz) когерентность высока (0.93) и наблюдается синфазность (ϕ^o_→0). Амплитудная мощность колебаний интервала ТР на ЧС волн Траубе-Геринга (ТГ) ниже, чем в колебаниях интервалов PQ-QT. Это означает, что сердце находится под преобладающим парасимпатическим влиянием. Таким образом, в этом обследовании прогнозируется адаптивная реакция на физическую нагрузку типа С.

В таблице 6 представлены результаты тестирований, проведенных для идентификации данных спектрального, фазового и когерентного анализа. По этим данным совершенно очевидно, что реакция на физическую нагрузку в первый день определяется как тип С, а реакция во второй день как тип А. Реакция во второй день эффективнее по всем показателям. Далее АнП проявляется на большей скорости бега. Отметим также, что в первый день не удалось задать испытуемому полное количество ступеней нагрузки из за его отказа дальше выполнять работу по причине повышенной утомленности. Поэтому для определения типа адаптивной реакции (вычисления tgγ) в первом тестировании взяты данные только двух (до и после АнП) ступеней нагрузки.

Пример 2. С испытуемым Ш.И. проведено два обследования с интервалом в один месяц. При первом обследовании (фиг.10) в фазовом спектре PQ-QT образуется СКФВ, обеспечивающая небольшое фазовое опережение (10-20^o) для колебаний интервала PQ перед колебаниями интервала QT на ЧС 0.038-0.077-0.15 Hz. Образуется также СКФВ противоположного действия, в пользу фазового опережения колебаний QT, на ЧС 0.058-0.116 Hz. В фазовых взаимоотношениях колебаний PQ-TP, а также QT-TP образуется СКФВ, которая обеспечивает небольшое фазовое опережение колебаний интервалов PQ и QT перед колебаниями интервала ТР на частотных составляющих 0.038-0.11 Hz, 0.038-0.156 Hz и 0.038-0.19 Hz. Амплитудная мощность колебаний ТР на ЧС волн ТГ (0,07 Hz) превосходит таковую в автоспектрах колебаний PQ и QT, обнаруживается опережение в пользу колебаний ТР на этой ЧС. В парах колебаний PQ-TP и QT-TP когерентность высока в LF и HF диапазонах. Таким образом, в первый день прогнозируется реакция на физическую нагрузку типа АС.

При втором обследовании (фиг.11) в фазовых спектрах PQ-QT колебания PQ практически синхронны с колебаниями QT в самой медленной части спектра, образуя СКФВ на частотных составляющих 0.034-0.1 Hz. Колебания и PQ, и QT отстают от колебаний ТР в медленной части спектра, к тому же колебания ТР имеют преимущество в амплитудной мощности на ЧС волн ТГ (0.05-0.07 Hz). В парах колебаний PQ-TP и QT-ТР когерентность высока в LF и НF диапазонах. Таким образом, во втором случае также прогнозируется реакция на физическую нагрузку типа АС.

Сравнение фазовых взаимодействий интервалов PQ-QT-TP рассматриваемых случаев говорит о большей согласованности их ритмического взаимодействия в первый день. Преимущество определяется проявлением СКФВ в пользу фазового опережения колебаний интервала PQ перед QT, что приближает данный пример ритмического взаимодействия к А типу. Наблюдается также более отчетливое проявление СКФВ в спектрах PQ-TP и QT-ТР в пользу фазового опережения PQ и QT.

В таблице 7 представлены результаты тестирований, проведенных для идентификации данных спектрального, фазового и когерентного анализа. Прогностическая экспресс-оценка совпадает с оценкой результатов тестирований. Несмотря на то, что АнП во втором тестировании обнаруживается при более высокой скорости бега (интервал между проведением проб был один месяц), большая эффективность реакции на физическую нагрузку в первом обследовании определяется данными Q₁₅₇, a также различиями в динамике (tgγ) ЧСС, VO₂, О₂-П.Очевидно, что при помощи заявленного способа можно прогнозировать достаточно тонкие различия в эффективности предстоящей адаптивной реакции на циклическую физическую нагрузку.

Пример 3. Испытуемый Б.Н., фиг.12. В первый день обследования по данным фазового анализа колебания PQ практически синхронны с колебаниями QT в медленной части спектра (здесь колебания PQ отстают от колебаний QT всего на 1-3^o), образуя СКФВ на частотных составляющих 0.026-0.058 Hz 0.04-0.08 Hz. Во взаимодействии колебаний PQ и ТР на частотных составляющих 0.026-0.053 Hz обнаруживается тенденция к образованию СКФВ, которая обеспечивает минимальное фазовое опережение колебаний интервалов PQ перед колебаниями ТР. Во взаимодействии колебаний QT-TP наблюдается тенденция к образованию СКФВ на ЧС 0.026-0.063 Hz, 0.026-0.08 Hz и 0.04-0.08 Hz. Когерентность высока (0.93) в LF диапазоне и сохраняется повышенной (0.68) в HF диапазоне. Таким образом, в первый день прогнозируется реакция на физическую нагрузку типа AC.

Во второй день (фиг. 13) по данным фазового анализа колебания PQ несколько отстают по фазе (на 2-3^o) от колебаний QT в медленной части спектра и заметно отстают (на 30-40^o) в средней части спектра. Проявляется тенденция к образованию СКФВ, направленной на фазовое опережение QT перед колебаниями PQ на частотных составляющих 0.044-0.13 Hz, 0.06-0.11 Hz, а также отчетливое проявление СКФВ на частотных составляющих 0.03-0.06 Hz, приближающейся к 0^o. Эти СКФВ обеспечивают фазовое опережение для колебаний интервала QT перед колебаниями PQ. Важно отметить также, что в фазовых взаимоотношениях PQ-QT наблюдается фазовое рассогласование в LF диапазоне (0.09-0.1-0.11 Hz) более чем на 90^o. Когерентность в парах PQ-ТР и QT-TP снижено, в LF диапазоне (0.62), но увеличивается (0.76) в HF диапазоне. Таким образом, прогнозируется реакция на физическую нагрузку типа С.

В таблице 8 представлены результаты тестирований, проведенных для идентификации данных частотного, фазового и когерентного анализа. Прогностическая экспресс-оценка полностью совпадает с результатами тестирований.

Отметим особо, что эти две реакции, казалось бы, по данным взаимного фазового спектра PQ-QT говорят об эффективности ритмического взаимодействия и различаются незначительно. Однако проявляется повышенная согласованность между колебаниями интервалов PQ, QT, ТР во всем спектре в первый день. Во второй день в фазовых отношениях PQ-QT наблюдается рассогласование. Описанные различия проявляются в темпе нарастания ЧСС до и после АнП при тестировании испытуемого. Во второй день наблюдается линейность нарастания ЧСС в диапазоне нагрузок аэробно-анаэробного перехода, что менее эффективно по сравнению с его замедлением в первый день. Отсюда главное преимущество, обнаруживаемое при тестировании два дня подряд, - проявление АнП на большей скорости бега в первый день.

Пример 4. Испытуемый Х.В. По данным фазового анализа в первый день исследования (фиг.14) колебания интервала PQ опережают по фазе колебания интервала QT в медленной и в средней частях спектра на 46-90^o, образуя СКФВ на частотных составляющих 0.036-0.145 Hz, а также на ЧС 0,054 и 0,16 Hz. Фазовые отношения всех рассматриваемых пар колебаний в LF и НГ диапазонах стремятся к 0^o. Когерентность в парах PQ-TP и QT-TP снижена в LF диапазоне и увеличивается в HF диапазоне. Прогнозируется адаптивная реакция на физическую нагрузку типа В.

На фиг.15 представлены данные фазового и когерентного анализа, полученные во второй день. Колебания PQ опережают по фазе колебания QT в медленной части спектра на 10-55^o, образуя СКФВ на частотных составляющих 0.032-0.1 Hz, 0.048-0.1 Hz, 0.08-0.16 Hz. Фазовые спектры PQ-TP и QT-TP по форме обнаруживают сходство в медленной части, также образуя СКФВ на частотных составляющих 0.032-0.064 Hz, 0.032-0.1 Hz, 0.048-0.1 Hz, 0.08-0.16 Hz, которая обеспечивает фазовое опережение колебаний PQ и QT перед ТР. Когерентность в парах PQ-TP и QT-TP резко уменьшается к LF диапазону, что предполагает большую вероятность проявления реакции типа А. Однако увеличенное фазовое опережение в пользу PQ в паре PQ-QT предполагает реакцию на нагрузку типа В. При этом эффективность адаптивной реакции во второй день может быть выше.

В таблице 9 представлены соответствующие данные тестирований, которые совпадают с данными экспресс-диагностики. Обратим внимание на значительно большую эффективность адаптивной реакции на физическую нагрузку во второй день - величина Q₁₇₀ и динамика О₂-П. Еще раз, как и в примере 2, следует отметить особо, что при помощи заявленного способа удается показывать (прогнозировать) очень тонкие различия внутри одного и того же типов реакций.

Литература
1. Описание изобретения 1659018 A1, A 61 В 5/02 (Ройтбург Ю.С., Баевский P.M. и др., 1961).

2. Харкевич А.А. Спектры и анализ. М.: Физматгиз, 1962.

3. Воскресенский А. Д., Вентцель М.Д. Статистический анализ сердечного ритма и показателей гемодинамики в физиологических исследованиях. М.: Наука, 1974. -221 с.

4. Клецкин С.З. Математический анализ ритма сердца. М.: ВНИИМИ, 1979. - 116 с.

5. Баенский P. M. , Кириллов О.И., Клецкин С.М. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. М.: Наука, 1984. - 219 с.

6. Медведев В. И., Леонова А.Б. Функциональные состояния человека. Физиология трудовой деятельности (Основы современной физиологии) - СПб.: Наука, 1993. - с.25-61.

7. Радченко А. С. Способ определения функционального состояния сердечно-сосудистой системы при физической нагрузке по взаимодействию кислородтранспортной и кислородутилизирующей систем организма человека. Патент 2106108. Бюл. 7, 10.03.98.

8. Радченко А. С. , Ворилкевич В.Е., Зорин А.И. Оценка эффективности адаптивной реакции при циклической мышечной работе // Теор. и практ. ф. к., 2, 1997. - с.2-8.

9. Парчяускас Г., Лаугалис Ф., Юшкенас И. Динамика ритма сердца в переходных процессах и их клиническое значение / Ритм сердца в норме и патологии. - Вильнюс, 1970. - с.140.

10. Катков В.Е. Регуляция кровообращения по время пассивной ортостатической пробы // Кардиология, т. 17, 1, 1977. - с.123.

11. Осадчий Л.И. Сосудистый компонент системной реакции кровообращения на ортостатическое воздействие // Бюл. эксперим. биол. мед., т. 84, 12, 1977. - с.690.

12. Шевченко Ю.С. Особенности регуляции ритма сердца в постуральном эффекте при экспедиционной деятельности в разных климатогеографических районах Антарктиды // Физиология человека, т. 6, 3, 1980. - с.486.

13. Аветикян Ш. Т. Фазность компенсагорных реакций сердечно-сосудистой системы при активной ортостатической пробе // Физиология человека, т. 9, 2, 1983. - с.242-248.

14. Malik M. Heart rate variability. Standarte of measurements, physiological interpretation and clinical usе. European Heart J. v.l7, 1996. - p. 354-381.

15. Янушкевичус З.И., Чирейкин Л. В., Пранявичус А.А. Дополнительно усиленная электрокардиограмма. - Л.: Медицина, 1990. - 192 с.

16. Труш В. Д., Кориневский А.В. ЭВМ в нейрофизиологических исследованиях. М.: Наука, 1978. - 238 с.

17. Мармарелис П. , Мармарелис В. Анализ физиологических систем. Метод белого шума. - М.: Мир, 1981. - 480 с.

18. Константинов В. А., Сандриков В.А., Яковлев В.Ф. Оценка производительности и анализ поцикловой работы сердца в клинической практике. - Л.: Наука, 1986. - 140 с.

Формула изобретения

Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы по ритмическому взаимодействию колебаний различных элементов электрокардиосигнала путем регистрации ЭКГ до и во время дозированной нагрузочной пробы, с последующим анализом степени изменения ритма сердца при дозированной нагрузке, отличающийся тем, что выполняют активную ортостатическую пробу, во время пребывания в вертикальном положении тела непрерывно регистрируют ЭКГ в течение трех и более минут после окончания переходного процесса во флюктуациях R-R интервалов, при наступлении стационарного состояния в колебательных процессах ЭКГ-интервалов PQ, QT и ТР оценивают степень их согласованности посредством частотного, фазового и когерентного анализа, сравнивают результаты вычислений со стандартами, соответствующими каждому из типов последующих адаптивных реакций, и на их основе оценивают функциональные возможности сердечно-сосудистой системы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24