Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В отчетном году - в рамках исполнения проекта, соглашение №18-74-10064, выполнен следующий перечень работ, а также получены следующие научные результаты: Разработан и утвержден дизайн исследования, определены критерии включения и исключения пациентов в исследование. Дизайн исследования - проспективное открытое сплошное наблюдательное исследование. В ходе которого, наряду со стандартными клиническими, лабораторными и инструментальными показателями, дополнительно углублено изучаются показатели вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы. Исключаются из исследования пациенты нарушениями ритма сердца, а также с состояниями (заболеваниями) которые могут в какой то степени исходно влиять на вегетативный тонус исследуемых пациентов, и тем самым повлиять на результаты исследования и привести к формированию ложных заключений. Из клинических инструментальных показателей, оцениваются стандартные параметры ЭХОКГ и специфические параметры анатомии правого желудочка и правого предсердия: КДР, КСР, КДО, КСО, ФВ ЛЖ, объем ПП, объем ПЖ, ФВ ПЖ, давление в ЛА, Qp/Qs. Также определяются параметры вегетативной регуляции: как общепринятые оценки ВСР (временные и спектральные): SDNN, SDSD, SDANN, r-SDANN, r-MSSD, pNN50, TP, HF, LF, VLF, ULF, LF/HF. так и количественные параметры степени синхронизации низкочастотных колебаний в системе кровообращения: суммарный процент фазовой синхронизации 0,1 Гц-колебаний, оценка функции плотности распределения вероятностей длительностей синхронных и несинхронных временных участков, изменчивость основной частоты колебаний, дисперсия фазовых шумов для 0,1 Гц-колебаний в ВСР и фотоплетизмограмме. Сформирована база данных по данному исследованию; в настоящее время проводится активный набор пациентов с включением всех параметров согласно дизайну исследования. В настоящее время обследовано 87 пациентов с подходящим диагнозом, которые поступили в наше учреждение для оперативного лечения ДМПП и ДМЖП. В итоге окончательно включено в исследование 34 человека. В рамках данного проекта по были сделаны 2 постерных доклада (e-poster) на 27 Азиатском съезде торакальных и сердечно-сосудистых хирургов (The 27th Annual Meeting of the Asian Society for Cardiovascular and Thoracic Surgery (ASCVTS) and 65th Annual Conference of Indian Association of Cardiovascular-Thoracic Surgeons) в г. Ченнай, Индия. 1. Comparative study of short-term cardiovascular autonomic control in cardiac surgery patients who underwent coronary artery bypass grafting or correction of valvular heart disease 2. Mutual Dynamics of Synchronization of Low-frequency Oscillations in Circulation Vegetative Regulation and Indicators of Variability of the Heart Rhythm in Patients after Operations with Artificial Circulation in the Early Postoperative Period. В рамках данного проекта в отчетном году создано несколько РИД - программы для ЭВМ. Они предназначены для автоматизации статистического анализа получаемых нами в рамках данного исследования данных. 1. Программа для выделения мгновенных периодов имитационной модели электрокардиограммы человека в виде частотно-модулированного синусоидального сигнала ("RR_Extractor_Sin"). 2. Программа для моделирования частотной модуляции основного сердечного ритма синтетическими и экспериментальными сигналами ("SinECG-FM"). 3. Программа для сопоставления биомедицинских данных методами корреляционного и фазового анализов «BioData_Comparator». 4. Программа для моделирования электрокардиограммы человека с частотной модуляцией синтетическими и экспериментальными сигналами «ECGmodel – FM». 5. Программа для выделения частотной модуляции основного сердечного ритма методом гетеродинирования «ECG_Demod – H». Опубликована 1 обзорная статья, индексируемая в международных базах в Web of Science/Scopus. «Heart rate variability in atrial septal defect both before and after operation». Две оригинальных статьи в журналах индексированных в международных базах в Web of Science/Scopus уже приняты - Cardiovascular Diagnosis and Therapy и Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE. Отправлена в печать еще 1 оригинальная статья в журнал из Q1 (Journal of Cardiovascular Translational Research).

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В отчетном году были изучены свойства LF колебаний в HRV (heart rate variability) и PPGV (photoplethysmographic waveform variability) и их взаимодействие в условиях, когда гемодинамическая связь между ними заведомо отсутствует, а также изучена LF регуляции PPGV при отсутствии функции сердца. Для этого мы оценивали параметры HRV и пальцевой PPGV у пациентов во ходе кардиохирургических операций в условиях искусственного кровообращения (on-pump cardiac surgery) с и без кардиоплегии. В результате мы получили подтверждение нашей гипотезы, что связь от сердца к периферическим сосудам имеет гидродинамическую природу, а связь от сосудов к сердцу осуществляется через нервные пути. Также нами не были получены данные свидетельствующие в пользу гипотезы о наличии нервной связи от сердца к сосудам. В условиях гемодинамического разобщения сердца и сосудистого русла путем применения искусственного кровообращения, динамика параметров HRV не оказывала никакого влияния на параметры PPGV, несмотря на сохраняющиеся возможности передачи информации в направлении от сердца к сосудам по нервным путям. Получены свидетельства в пользу того, что нейрогенная связь от периферических сосудов к сердцу характеризуется меньшими временами задержки, чем обратная гемодинамическая связь. Это может являться основой для доминирования регуляторной связи от периферических сосудов к сердцу в адаптационных процессах в системе кровообращения. Подобные координационные взаимодействия необходимы для поддержания функциональной целостности системы регуляции кровообращения. Наличие LF колебаний в PPGV, пусть даже четко наблюдаемая у части пациентов, при отсутствии влияний со стороны функции сердца подтверждает независимость механизмов вегетативной регуляции периферического сосудистого русла посредством модуляции сосудистого тонуса, обусловливающих их возникновение в данном биологическом сигнале. Это согласуется с результатами других авторов (Souza Neto et al 2004), указывающих на отсутствие изменений в BPV на фоне искусственного кровообращения, что обусловлено устойчивостью механизмов регуляции BP к внешним воздействиям. При этом в генезе LF колебаний в BPV участвуют как ренин-ангиотензиновая, так и симпатическая системы Согласно данным некоторых авторов, LF составляющая PPGV может являться маркером разделения пациентов по состоянию периферического сосудистого сопротивления. Учитывая данные о значительном вкладе BPV в PPGV, LF колебания в PPGV характеризуют и барорефлекторную регуляцию периферического сосудистого русла. Мы полагаем, что барорефлекторная регуляция и симпатические влияния на сосудистый тонус являются компонентами единого центрального механизма регуляции BP, участвующего в формировании LF колебаний в BPV и PPGV. Учитывая, как уже было указано выше, отсутствие связи в направлении от сердца к сосудам, но наличие LF колебаний в HRV, синхронизация могла быть активно навязана процессами вегетативной регуляции периферического сосудистого сопротивления через сосудодвигательный центр. Отсутствие значимой синхронизации у остальных пациентов в условиях кардиохирургической операции с искусственным кровообращением вероятно обусловлено выраженной вегетативной дисфункцией на фоне хронической сердечно-сосудистой патологии и острым операционным стрессом, обусловившим сниженную активность LF колебаний во время регистрации биологических сигналов. Отсутствие характерных пиков в LF диапазоне спектра HRV и PPGV у части пациентов при визуальном анализе, при наличии достоверных количественных результатов по анализу связи и оценки синхронизации, может быть обусловлено трудностями в визуализации LF колебаний методами спектрального анализа из-за вышеуказанного выраженного снижения их мощности. Также важен факт выявления выраженного 0,1 Гц пика в спектре ФПГ даже у пациентов с визуально плохо различимой пульсовой волной на ФПГ, свидетельствуя о присутствии данных колебаний в сосудистом тонусе в условиях низкого кровенаполнения. Результаты были опубликованы в журнале Scientific Reports - Low-frequency variability in photoplethysmographic waveform and heart rate during on-pump cardiac surgery with or without cardioplegia. https://doi.org/10.1038/s41598-020-58196-z Результаты работы были отражены в СМИ: https://www.gazeta.ru/science/news/2020/02/20/n_14062315.shtml https://rscf.ru/news/release/uchenye-pokazali-chto-rabotoy-serdtsa-i-sosudov-upravlyayut-raznye-mekhanizmy/ https://www.poisknews.ru/themes/medicine/uchenye-pokazali-chto-rabotoj-serdcza-i-sosudov-upravlyayut-raznye-mehanizmy/ https://terrorunet.ru/news-123442-uchenye-pokazali-chto-rabotoj-serdtsa-i-sosudov-upravlyayut-raznye-mehanizmy.html https://monavista.ru/article/146810/ https://yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Flabuda.blog%2F643875 https://anonsens.ru/35213_uchenye_vyyasnili_chto_sosudy_i_serdce_reguliruyut_raznye_mehanizmy_grozdeva https://news.sputnik.ru/zdorovje/e728a9fd93aa3d262f3b56e42407f93a51cf5964 http://earth-chronicles.ru/news/2020-02-22-137817 Еще одним направлением нашей работы было изучение послеоперационной фибрилляции предсердий (ПОФП) у этих кардиохирургических пациентов и связь ее с особенностями вегетативной регуляции. Во время открытых операций сердце стимуляция симпатического отдела вегетативной нервной системы приводит к повышенной возбудимости и повышенному автоматизму предсердий. В некоторых исследованиях изучалось влияние блокировки симпатической нервной системы на частоту возникновения. Было выявлено, что некоторые препараты с симпатомиметическим действием приводили к увеличению частоты ПОФП, в то время как бета-блокаторы наоборот, значимо снижали частоту появления ПОФП. Также было обнаружено, что как повышенная, так и более низкая вариабельность сердечного ритма ассоциируется с ПОФП, что указывает на важность вегетативного баланса в работе сердечно-сосудистой системы. В нашем исследовании мы изучали патофизиологический механизмы ПОФП при операции изолированного аортокоронарного шунтирования. Результаты работы были опубликованы в журнале Journal of Cardiovascular Translational Research - Epicardial Application of Hydrogel with Amiodarone for Prevention of Postoperative Atrial Fibrillation in Patients After Coronary Artery Bypass Grafting. https://doi.org/10.1007/s12265-019-09905-1 Результаты работы были отражены в СМИ: https://www.gazeta.ru/science/news/2019/09/17/n_13475197.shtml https://indicator.ru/medicine/gidrogel-operacii-na-serdce-17-09-2019.htm https://russian.rt.com/science/article/668826-rossiya-mediki-aritmiya-serdce https://russian.rt.com/science/article/668826-rossiya-mediki-aritmiya-serdce?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=RSS https://faktom.ru/34458_mediki_uznali_kak_izbezhat_oslozhnenij_posle_operacij_na_otkrytom_serdce_newmelo?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop&utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2Fnews https://www.poisknews.ru/news/najden-novyj-sposob-borby-s-oslozhneniyami-posle-operaczij-na-otkrytom-serdcze/?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop&utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2Fnews

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Предложена математическая модель автономного управления сердечно-сосудистой системой, которая учитывает два отдельных автономных (самовозбуждающихся) симпатических контура управления частотой сердечных сокращений и тонусом периферического сосудистого русла. Контуры управления представлены самовозбуждающимися системами с временной задержкой связи, и их тонус зависит от активности барорецепторов аорты, сонной артерии и нижней части тела. Модель используется для изучения динамики адаптационных процессов, проявляющихся в сердечно-сосудистой системе у здоровых лиц во время теста пассивного наклона головы вверх. Компьютерное моделирование обеспечивает непрерывное наблюдение за динамикой показателей и переменных, которые не могут быть измерены в прямом эксперименте, включая концентрацию норадреналина в стенке сосудов и сердечной мышце, тонус симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы, периферическое сосудистое сопротивление и артериальное давление. В положении лежа и в вертикальном положении мы оценили спектральные характеристики модельных переменных, особенно в низкочастотном диапазоне, и исходный индекс общего процента фазовой синхронизации между низкочастотными колебаниями сигналов частоты сердечных сокращений и артериального давления. Модель демонстрирует хорошее количественное согласие с динамикой экспериментально наблюдаемых показателей сердечно-сосудистой системы. Описана базовая математическая модель вегетативного управления сердечно-сосудистой системой. Ранее предложенные модификации (Karavaev AS, 2016, 2019) хорошо зарекомендовали себя как математические модели сердечно - сосудистого автономного управления (Kotani K, 2005). В этом исследовании мы внесли дополнительные изменения и добавили второй автономный контур управления. Сердце представлено синусовым узлом. На частоту сердечных сокращений влияют симпатическая и парасимпатическая отделы вегетативной нервной системы. Активация синусового узла приводит к систолической фазе кардиоцикла, во время которой АД аорты резко повышается. Во время этой фазы давление зависит от диастолического давления в предыдущем кардиоцикле, продолжительности предыдущего кардиоцикла и сократительной способности сердца. Сократительная способность сердца зависит от продолжительности предыдущего кардиоцикла, концентрации норадреналина в сердечной мышце и стенках сосудов. Для моделирования дыхания мы использовали коррелированный стохастический процесс, свойства которого оцениваются по экспериментальным данным. За систолической фазой резкого повышения следует диастолическая фаза, в которой давление медленно снижается. Скорость снижения зависит от эластических свойств аорты и сопротивления периферических сосудов, которые зависят от механических свойств и тонуса сосудов. На тонус периферических сосудов влияет симпатическая активность. Важной особенностью модели является два отдельных расположения барорецепторов: дуга аорты с сонным синусом и артерии нижней части тела, включая внутренние органы. Сигналы от обеих групп барорецепторов независимо обрабатываются центрами автономного управления. Барорецепторы чувствительны к абсолютному значению АД и скорости его изменения, в соответствии с экспериментальными результатами Warner (1958). Выход барорецепторов активирует симпатический отдел вегетативного контроля, которая увеличивает частоту сердечных сокращений и тонус артерий нижней части тела. Активация барорецепторов также угнетает парасимпатическую ветвь вегетативного контроля, что приводит к дальнейшему увеличению частоты сердечных сокращений. Для имитации пассивного перехода из лежачего положения в вертикальное во время теста на наклон мы вводим дополнительное давление на барорецепторы нижней части тела, которое отражает гидравлическое давление крови. Для моделирования автономной системы управления мы не используем упрощенное линейное уравнение (Kotani K, 2005,) и вслед за Guild et al. (2001) используем уравнения самовозбуждения, которые могут демонстрировать стабильные колебания 0,1 Гц, которые можно наблюдать в спектрах реальных сигналов AP и RR-интервалов. Активность симпатических вегетативных контуров контроля частоты сердечных сокращений и сократимости, а также тонуса артериальных сосудов приводит к изменению концентрации норадреналина соответственно в сердце и сосудах. Концентрация норадреналина реагирует на изменения активности симпатических контуров управления с задержкой, что обусловлено конечной скоростью нервного перехода и химических реакций. Изменения концентрации норадреналина в сердечной мышце и изменения активности парасимпатического отдела ВНС определяют соответствующие изменения симпатического и парасимпатического влияния на частоту сердечных сокращений. Ни одно отдельное уравнение не представляет концентрацию ацетилхолина, поскольку производство и распад этого гормона протекает с более высокой скоростью по сравнению с другими моделируемыми процессами. Для первоначальной оценки большинства параметров мы использовали существующие модели (Seidel H, 1998; Ringwood J, 2000; Kotani K, 2005) и результаты наших предыдущих исследований (Karavaev AS, 2016, 2020; Porta A, 2000). Результаты этой работы были опубликованы в журнале Scientific Reports (Q1) – Mathematical modeling of the cardiovascular autonomic control in healthy subjects during a passive head-up tilt test. Yurii M. Ishbulatov, Anatoly S. Karavaev, Anton R. Kiselev, Margarita A. Simonyan, Mikhail D. Prokhorov, Vladimir I. Ponomarenko, Sergey A. Mironov, Vladimir I. Gridnev, Boris P. Bezruchko & Vladimir A. Shvartz. Sci Rep 10, 16525 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-71532-7 Результаты работы этого года также были отражены в СМИ: https://poisknews.ru/themes/medicine/novaya-matematicheskaya-model-pomozhet-razobratsya-v-rabote-serdechno-sosudistoj-sistemy/ https://www.kommersant.ru/doc/4529513 https://vrachirf.ru/concilium/80245.html https://www.gazeta.ru/science/news/2020/10/14/n_15079747.shtml