КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 18-74-10064
НазваниеОсобенности нелинейной динамики элементов вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы на моделях врожденных пороков сердца с изолированной перегрузкой правых его отделов
РуководительШварц Владимир Александрович, Доктор медицинских наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева" Министерства здравоохранения Российской Федерации, г Москва
Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2018 - 06.2021 | , продлен на 07.2021 - 06.2023. Карточка проекта продления (ссылка) |
Конкурс№30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-204 - Биофизика
Ключевые слованизкочастотные колебания, нелинейная динамика, сердечно-сосудистая система, вегетативная регуляция, 0,1 Гц-колебания, фазово-частотная синхронизация, барорефлекс, вариабельность ритма сердца, фотоплетизмограмма, врожденные пороки сердца.
Код ГРНТИ76.03.29
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на развитие фундаментальных представлений об устройстве и особенностях индивидуальной и коллективной динамики элементов вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы. Вегетативная нервная система (ВНС) оказывает важное модулирующее воздействие на сократительную способность миокарда и регуляцию тонуса сосудов. Основным неинвазивным методом изучения состояния ВНС является анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР). Возможности и прогностическая значимость клинического использования показателей ВСР подталкивают исследователей к дальнейшему освоению математических методов анализа ВСР, а также к поиску новых методик изучения особенностей вегетативной регуляции системы кровообращения и их клинического значения при различных патологиях.
Одним из наиболее новых и перспективных методов изучения вегетативной регуляции системы кровообращения является оценка синхронизации ритмов с частотой около 0,1 Гц. Данные медленные колебания выявляются при анализе ВСР и колебаний артериального давления, а также динамики кровенаполнения дистального сосудистого русла и скелетных мышц. Взаимодействие системных механизмов вегетативной регуляции (с собственной частотой 0,1 Гц) таких важных отделов системы кровообращения, как сердце и периферические сосудистые территории чрезвычайно важно с точки зрения обеспечения функционального единства данной системы. Наличие 0,1 Гц-колебаний в данных отделах системы кровообращения подтверждает единство системы ее вегетативной регуляции и обеспечивает адекватный уровень управления.
Нарушения вегетативной регуляции системы кровообращения позиционируются как важный фактор в патогенезе различных сердечно-сосудистых заболеваний, в частности, ишемической болезни сердца (ИБС), артериальной гипертонии, хронической сердечной недостаточности (ХСН). В настоящее время получено множество доказательств связи между состоянием вегетативной регуляции деятельности сердца и различными кардиальными событиями. Изучение особенностей вегетативной дисфункции у здоровых лиц, а также у лиц с определенной кардиальной патологией актуально и перспективно для развития диагностических методов. Кроме того, такие исследования важны для получения фундаментальных знаний об устройстве и регуляции сердечно-сосудистой системы (ССС) человека, которые необходимы для понимания механизмов ее работы в норме и патологии.
Известно, что патогенез ХСН представляет собой нарушение нейрогуморальных механизмов регуляции системы кровообращения, одним из компонентов которого является нарушение функции барорефлекса, активация симпато-адреналовой системы и т.д. По мнению ряда авторов, это связано с объемной перегрузкой полостей сердца, которое приводит к повышению конечного диастолического давления и возможной дисфункции желудочковых барорецепторов и, как следствие, к нарушению вегетативного баланса в сторону симпатикотонии. В тоже время, при ХСН имеет место объемное увеличение всех полостей сердца, то есть и правых и левых его отделов, которые независимо друг от друга могут приводить в дисфункции вегетативной регуляции в целом.
Поэтому крайне интересным видится возможность отграничить изолированное поражение правых отделов сердца от левых в условиях клинического эксперимента. Идеальные для изучения в этом плане модели – это врожденные пороки сердца, с перегрузкой определенных отделов, в частности, дефект межпредсердной перегородки (ДМПП) и дефект межжелудочковой перегородки (ДМЖП). Гемодинамика ДМПП характеризуется наличием сообщения на уровне предсердий, что ведет к лево-правому сбросу крови, объемной перегрузке правого предсердия. При ДМЖП похожая картина на уровне желудочков сердца, с повышением давления в первую очередь в правом желудочке и легочной артерии.
В данном проекте планируется изучить особенности вегетативной регуляции ССС, когда имеет место изолированная перегрузка правых отделов сердца - при изолированной перегрузке правого предсердия (при ДМПП) и при перегрузке правых отделов сердца в целом (при ДМЖП). Кроме того, динамика вегетативного статуса после хирургической коррекции порока (в различные сроки после операции) позволит глубже понять принципы ассоциации вегетативной дисфункции с состоянием гемодинамики в правых отделах сердца. Подобное исследование может дать важную фундаментальную информацию об устройстве исследуемых систем в патогенезе ХСН, например, и особенностях взаимодействия этих элементов, а также возможность исследовать поведение систем во времени и при изменении управляющих параметров.
Ожидаемые результаты
1. Ожидается найти зависимость изменений показателей ВСР от степени гемодинамических изменений при пороках сердца, таких как изолированное повышение давления в правом желудочке, изолированное повышение давления правом предсердии и легочная гипертензия.
2. Ожидается найти корреляцию и описать модель связи между параметрами ВСР, дыхательными колебаниями и отношением легочного кровотока к системному, измеренным с помощью ЭХОКГ, при двух видах порока сердца – ДМПП и ДМЖП.
3. Ожидается описать модель включающую, кроме основного ритма сердца (ВСР), медленные колебания артериального давления, кровенаполнения дистального сосудистого русла, барорефлекс в условиях перегрузки правых отделов сердца.
4. Ожидается выявить особенности динамики перечисленных выше элементов после коррекции пороков (устранения гемодинамических изменений) в различные сроки от операции.
5. Научная значимость ожидаемых результатов связана с тем, полученные модели позволят в дальнейшем воспроизводить в экспериментах различные комбинации и реконструировать модели по экспериментальным временным рядам в зависимости от задач.
6. Общественная значимость полученных результатов заключается в том, что изучение данной проблемы и построение качественных моделей этих пороков сердца, позволит значительно приблизится к пониманию фундаментальных принципов вегетативной регуляции ССС, претендуя не только на качественное, но и на количественное описание наблюдаемых явлений.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
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).
Публикации
1. Канаметов Т.Н., Шварц В.А., Олтаржевская Н.Д., Бокерия О.Л. Effect of epicardial application of amiodarone-releasing hydrogel on heart rate in an animal model Cardiovascular Diagnosis and Therapy, - (год публикации - 2019) https://doi.org/10.21037/cdt.2019.04.01
2. Миронов С.А., Шварц В.А., Ишбулатов Ю.М., Сказкина В.В., Караваев А.С., Гриднев В.И., Бокерия О.Л., Киселев А.Р. Dynamics of spectral indices of the heart rate variability and the photoplethysmogram and synchronization of the low-frequency oscillations in healthy subjects during the tilt test Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE, - (год публикации - 2019)
3. Шварц В.А., Киселев А.Р., Бокерия О.Л. Heart rate variability in atrial septal defect both before and after operation Cor et Vasa, 2018. https://doi.org/10.1016/j.crvasa.2018.08.001 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1016/j.crvasa.2018.08.001
4. Шварц В.А., Бокерия О.Л., Киселев А.Р., Испирян А.Ю., Сокольская М.А. Comparative study of short-term cardiovascular autonomic control in cardiac surgery patients who underwent coronary artery bypass grafting or correction of valvular heart disease 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, 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. P. 90 (год публикации - 2019)
5. Шварц В.А., Киселев А.Р., Бокерия О.Л., Испирян А.Ю., Сокольская М.А. 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 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, 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. P.90. (год публикации - 2019)
6. Ишбулатов Ю.М., Караваев А.С., Киселев А.Р., Шварц В.А., Бокерия О.Л. Программа для сопоставления биомедицинских данных методами корреляционного, спектрального и фазового анализов ("BioData_Comparator") -, № 2019610227 (год публикации - )
7. Ишбулатов Ю.М., Караваев А.С., Киселев А.Р., Шварц В.А., Испирян А.Ю., Бокерия О.Л. Программа для моделирования частотной модуляции основного сердечного ритма синтетическими и экспериментальными сигналами ("SinECG-FM") -, № 2019665393 (год публикации - )
8. Ишбулатов Ю.М., Караваев А.С., Киселев А.Р., Шварц В.А., Испирян А.Ю., Бокерия О.Л. Программа для выделения мгновенных периодов имитационной модели электрокардиограммы человека в виде частотно-модулированного синусоидального сигнала ("RR_Extractor_Sin") -, № 2018665072 (год публикации - )
9. Ишбулатов Ю.М., Караваев А.С., Киселев А.Р., Шварц В.А., Испирян А.Ю., Бокерия О.Л. Программа для моделирования электрокардиограммы человека с частотной модуляцией синтетическими и экспериментальными сигналами ("ECGmodel-FM") -, № 2019610226 (год публикации - )
10. Ишбулатов Ю.М., Чернец Е.П., Караваев А.С., Киселев А.Р., Шварц В.А., Бокерия О.Л. Программа для выделения частотной модуляции основного сердечного ритма методом гетеродинирования ("ECG_DEMOD-H") -, № 2019610230 (год публикации - )
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
Публикации
1. Бокерия О.Л., Канаметов Т.Н., Шварц В.А., Сокольская М.А., Жугинисов Д.Ш., Санакоев М.К., Бокерия Л.А. Epicardial Application of Hydrogel with Amiodarone for Prevention of Postoperative Atrial Fibrillation in Patients After Coronary Artery Bypass Grafting Journal of Cardiovascular Translational Research, Bockeria, O.L., Kanametov, T.N., Shvartz, V.A. et al. J. of Cardiovasc. Trans. Res. (2019). https://doi.org/10.1007/s12265-019-09905-1 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1007/s12265-019-09905-1
2. Киселев А.Р., Боровкова Е.И., Шварц В.А., Сказкина В.В., Караваев А.С., Прохоров М.Д., Испирян А.Ю., Миронов С.А., Бокерия О.Л. Low-frequency variability in photoplethysmographic waveform and heart rate during on-pump cardiac surgery with or without cardioplegia Scientific Reports, - (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1038/s41598-020-58196-z
3. - Ученые показали, что работой сердца и сосудов управляют разные механизмы "Газета.ру", - (год публикации - )
4. - Ученые показали, что работой сердца и сосудов управляют разные механизмы "Поиск", - (год публикации - )
5. - Ученые показали, что работой сердца и сосудов управляют разные механизмы TERRORUNET.RU, - (год публикации - )
6. - Ученые выяснили, что сердце и сосуды регулируют независимые друг от друга механизмы Monavista Daily, - (год публикации - )
7. - Ученые выяснили, что сосуды и сердце регулируют разные механизмы anonsens.ru, - (год публикации - )
8. - Ученые показали, что работой сердца и сосудов управляют разные механизмы Земля. Хроники жизни, - (год публикации - )
9. - Снижает заболеваемость в 19 раз»: российские медики испытали новый метод борьбы с аритмией после операций на сердце "RT", - (год публикации - )
10. - Новый способ введения амиодарона снижает вероятность возникновения аритмии в 19 раз "Медвестник", - (год публикации - )
11. - Найден новый способ борьбы с осложнениями после операций на открытом сердце "Поиск", - (год публикации - )
12. - Гидрогель снизил риск осложнений после операций на сердце "Индикатор", - (год публикации - )
13. - Исследован способ, помогающий предотвратить осложнения после операции на открытом сердце "Газета.ру", - (год публикации - )
14. - Как ввести лекарство от аритмии. Исследован способ предотвратить осложнения после операции на открытом сердце "Комерсант", - (год публикации - )
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
Публикации
1. Бокерия О.Л., Петросян А.Д., Шварц В.А., Донаканян С.А., Биниашвили М.Б., Сокольская М.А., Испирян А.Ю., Бокерия Л.А. Long-term results of isolated transmyocardial laser revascularization in combination with the intramyocardial autologous bone marrow stem cells injection Lasers in Medical Science, 35(5): 1111-1117 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1007/s10103-019-02925-y
2. Ишбулатов Ю.М., Караваев А.С., Киселев А.Р., Симомнян М.А., Прохоров М.Д., Пономаренко В.И., Миронов С.А., Гриднев В.И., Безручко Б.П., Шварц В.А. Mathematical modeling of the cardiovascular autonomic control in healthy subjects during a passive head-up tilt test Scientific reports, - (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1038/s41598-020-71532-7
3. Шварц В.А., Канаметов Т.Н., Сокольская М.А., Петросян А.Д., Ле Т.Г., Бокерия О.Л., Бокерия Л.А. Local use of hydrogel with amiodarone in cardiac surgery: Experiment and translation to the clinic Gels, Volume 7, Issue 1, March 2021, 29 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3390/gels7010029
4. - Вегетативная математика. Новая модель поможет разобраться в работе сердечно-сосудистой системы Коммерсантъ, Исследование поддержано президентской программой Российского научного фонда. (год публикации - )
5. - Новая модель поможет разобраться в работе сердечно-сосудистой системы. Врачи РФ, Исследование поддержано Президентской программой Российского научного фонда. (год публикации - )
6. - Новая модель поможет разобраться в работе сердечно-сосудистой системы Газета.ru, Исследование поддержано Президентской программой Российского научного фонда. (год публикации - )
Возможность практического использования результатов
не указано