2 курс / Нормальная физиология / Методы_оценки_состояния_систем_кислородообеспечения_организма_человека
.pdf(МВ-1). Наиболее распространенной точкой зрения на эти волны является представление о них как об отражении влияний со стороны симпатического отдела вегетативной нервной системы. Традиционно принято считать волны этого диапазона “маркером” симпатической модуляции кардиоритма.
Очень низкие частоты (Very Low Frequency - VLF) - 0 - 0.04 Гц, длительность периода более 25 секунд. В более ранней терминологии - медленные волны второго порядка (МВ-2). Их считают отражением активности гуморальных систем.
Согласно распространенной точке зрения на природу быстрых и медленных волн, соотношение симпатических и парасимпатических влияний на сердце можно оценить при помощи отношения мощностей медленных и быстрых волн (LF/HF).
По данным Р.М.Баевский, Г.А.Никулина [2000] состояние выраженного физиологического напряжения систем регуляции сердечно-сосудистой системы без признаков перенапряжения характеризуется следующим соотношением ритмических компонентов: HF ниже 10%, LF выше 50%, VLF выше 70% (процент рассчитывается от общей мощности ритмических составляющих кардиоритма).
Наиболее распространенный и широко применяемый метод спектрального анализа - метод быстрого преобразования Фурье, Это преобразование используется программой “STATISTICA for Windows 5.77” (STATISTIKA).
Построение и оценка спектров проводится только для данных, зарегистрированных в стабильных физиологических состояниях (отсутствуют переходные процессы).
Полученный цифровой ряд данных должен отвечать требованиям стационарности. Набор чисел, полученный в результате исследования некоторого процесса в течение определенного временного интервала, называется случайным процессом. Стационарным в широком смысле слова называется процесс, среднее значение которого постоянно на любом выбранном интервале времени, т.е. не зависит от времени.
Выделяемый методом спектрального анализа диапазон частот определяется условиями: длина ряда (Т – время в секундах) и интервалом времени между получаемыми замерами ( ∆t – временной квант в секундах).
Длина числового ряда должна превышать период самых медленных из анализируемых колебаний в 3-4 раза.
Максимальная частота определяется интервалом времени между получаемы61
ми замерами и связана с последней формулой Найквиста:
f max =1 2∆t |
(27) |
При интервале времени между получаемыми замерами 0.01 с (100 мс) – максимальная выделяемая частота 50 Гц, период = 0,02 с.
Цель работы:
Исследование фоновых и реактивных особенностей частотных составляющих кардиоритма человека методом спектрального анализа.
Оборудование:
1.Персональный компьютер (ПК) типа IBM AT 386, 486 и т.д.
2.АРМ валеолога для исследования сердечно-сосудистой и дыхательной сис-
тем.
3. Электрокардиографические электроды.
4.Электродная паста.
5.Спирт.
6.Марлевые тампоны.
Методика:
# Подготовка обследуемого.
Обследуемый располагается в седле велоэргометра. Высота седла подгоняется
таким образом, чтобы при положении педали в нижней точке траектории, нога обследуемого была выпрямлена. Регулируется угол наклона руля.
ЭКГ регистрируется следующим образом: референтный электрод устанавливается на лоб, кардиографические электроды — на правое запястье и на грудную клетку, в позиции V4 и V5.
Испытуемый сидит в седле велоэргометра, максимально расслаблен, дыхание ровное, спокойное. Отдыхает 10 минут. Производится запись ЭКГ в течение 2 минут.
Длительность выполнения нагрузки — 3,5 мин (210 с). Последние 120 секунд производится запись данных в файл.
Программные средства АРМа позволяют получить кардиоинтервалограмму двух состояний обследуемого «Фон» и «Нагрузка» и подготовить файлы для расчета в программе Statistika (текстовый формат).
Предварительно полученные числовые ряды проходят преобразование сглаживанием.
62
Числовой ряд, отражающий изменение длительностей кардиоинтервалов (интервалограмма) имеет ту особенность, что значения его строго определяются моментами появления события (R-зубца кардиограммы), и, естественно расстояния между соседними опорными точками неравномерны. Для того чтобы используемый числовой ряд приобрел свойства равномерного временного ряда с определенным интервалом времени между полученными замерами ( ∆t – временной квант в секундах) производится специальное преобразование - интерполяция. Интерполяция производится программами АРМа.
# Полученные цифровые ряды подвергают спектральному анализу.
Работа с пакетом программ “STATISTICA”
Вызываем программу “STATISTICA”
-из предложенного меню типов работы выбираем при помощи левой клавиши манипулятора-мышь “Анализ временных рядов” (Time Series/Forecasting), затем нажимаем кнопку в нижней части меню “Пере-
ключиться на” (Switch To);
-В верхнем левом углу экрана активируем кнопку “Файл” (File);
-Из предложенного меню операций с файлами выбираем “Импорт дан-
ных” (Import Data) и затем режим “Быстрый” (Quick)
-Выбираем импортируемый файл в следующей последовательности:
-поиск устройства (диска на котором находится информация);
-поиск директории;
-выбор типа импортируемого файла Text (ASCII) - *.txt;
-выделяем нужный файл, нажимаем клавишу <Ok>
-Подтверждаем тип разделителя колонок таблицы преобразован-
ного файла – ставим переключатель на “Табуляция” (Tab), <Ok>
-Открываем файл результатов вычисления (определяя место хранения и
имя) - расширение *.sta; <Ok>
-Рабочее меню анализа - “Анализ временных рядов” (Time Series/Forecasting);
-выбираем кнопку “Переменная” (Variables); <Ok>
-затем “Спектральный анализ” (Spectral [Fourier] analysis); <Ok>
-и “Анализ одиночного ряда” (Single series Fourier analysis), если количество переменных в ряду нечетное, программа предупреждает о
63
том, что она исключит последнюю переменную при анализе; <Ok>
-в средней части левой стороны панели меню выбираем тип спектрального окна – “Хемминга” (Hamming), определяем порядок спек-
трального окна (Width of data window) -5.
-В нижней части левой стороны меню отмечаем форму представления выходных числовых результатов анализа (Append to Work area on Exit):
-“Период” (Period) и “Спектральную плотность” (Spectral density estinates).
-В нижней части меню справа (панель “Plot by”) отмечаем форму представления графических результатов - Period.
-В средней части правой половины панели меню выделяем клавишу построения графика спектральной плотности (Spectral density) - появляется график спектральной плотности. По оси абсцисс – период колебаний, по оси ординат – спектральная мощность. Визуально оцениваем выраженность колебаний в быстром и медленном диапазонах и определяем период центральных частот обоих диапазонов. При попадании маркера мыши на интересующую точку графика – в левом верхнем углу появляются ее координаты (период и мощность).
-Закрываем график.
-На панели меню в верхнем левом углу отмечаем кнопку итоговой таблицы результатов (Summary).
-Ориентируясь на период центральных частот двух диапазонов, определяем их плотности.
#Оценка результатов
Спектральная плотность быстрых колебаний кардиоритма (HF) отражает выраженность дыхательной аритмии в кардиоритме. Выраженные колебания в этом диапазоне свидетельствует о низком напряжении высших регуляторных (активирующих) систем, высокой согласованности деятельности дыхательной и сердечнососудистой систем. Редукция колебаний этого диапазона считается неблагоприятным признаком, особенно если она наблюдается в состоянии покоя (запись “Фон”). Спектральная плотность медленного диапазона (LF) отражает степень вклада сим-
64
патического отдела вегетативной нервной системы в регуляцию сердечного ритма.
Признаком оптимального спокойного состояния обследуемого считается доминирование в спектре мощности кардиоритма быстрых колебаний – волн HF - диапазона
Признаки оптимального реагирования систем кислородообеспечения на функциональную нагрузку:
-снижение абсолютной суммарной мощности обоих диапазонов (Рис.9);
-у тренированных к физическим нагрузкам людей отмечается преобладание колебаний быстрого диапазона;
-у тренированных к физическим нагрузкам людей, с нормальным вегетативным балансом, соотношение LF/HF не превышает 3-4;
-большее преобладание медленных волн в кардиоритме свидетельствует о
напряженности систем регуляции и неоптимальной реакции систем на нагрузку.
Фиксируем пиковые значения спектральной мощности диапазонов и рассчитываем их соотношения в исходном состоянии и при выполнении велонагрузки. Делаем вывод о степени неравномерности сердечных сокращений, и вкладе в нее со стороны отделов вегетативной нервной системы и перестройках в вегетативном балансе, связанных с обеспечением физической работы.
Спектральная плотность
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
88,0 |
8,8 |
4,6 |
3,1 |
2,4 |
1,9 |
1,6 |
1,4 |
1,2 |
1,1 |
А
8000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
88,0 |
8,8 |
4,6 |
3,1 |
2,4 |
1,9 |
1,6 |
1,4 |
1,2 |
1,1 |
|
В |
|
|
|
|
Период (с) |
|||
Рис.9. Образцы графиков спектров мощности кардиоритма обсл.НН в состояниях: фон (А) и велонагрузка (В)
65
Пример:
Обследуемый НН, мужчина, 25 лет, студент. Нагрузка велоэргометрия, 35%МПК.
Спектр мощности кардиоритма исходного фонового состояния:
•выраженный пик в области высоких частот (HF, дыхательные волны): период 4,9 с, пиковая спектральная плотность 63912;
пик в области низких частот (LF): период 9,8 с, пиковая спектральная плотность 57520.
Спектр мощности кардиоритма при выполнении нагрузки:
•общее снижение спектральной плотности (на порядок);
•смещение пика в области высоких частот вправо, что связано с ростом частоты дыхания (период уменьшается - 3,3 с, пиковая спектральная плотность 4876);
•пик в области низких частот: период 11,0 с, пиковая спектральная плотность 7137.
•отмечается рост относительного вклада симпатического контроля частоты сердечных сокращений.
Выводы:
1)Частотные характеристики кардиоритма фонового состояния обследуемого в норме.
2)Оптимальная реакция систем регуляции сердечно-сосудистой системы на умеренную физическую нагрузку.
66
4. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Дыхательная система — совокупность органов, обеспечивающих в первую очередь функции внешнего дыхания и т. о. снабжение организма кислородом и выведение углекислого газа.
Функцию дыхания у человека реализуют:
-внешнее (легочное) дыхание, осуществляющее газообмен между наружной и внутренней средой организма (между воздухом и кровью);
-кровообращение, обеспечивающее транспорт газов к тканям и от них;
-кровь как специфическая газотранспортная среда;
-внутреннее (тканевое) дыхание, осуществляющее непосредственный процесс клеточного окисления;
-средства нейрогуморальной регуляции дыхания.
Как видно из этого определения, система крови, сердечно-сосудистая и дыхательная системы объединены на уровне функции обеспечения газообмена. Последнее позволяет еще раз отметить, что системы выступают как единое функциональное объединение — речь идет о системе кислородообеспечения.
В настоящем разделе будут рассмотрены особенности внешнего дыхания человека. При анализе будут использованы параметры дыхательных объемов, особенности экскурсий грудной клетки человека.
4.1 Исследование индивидуальных параметров внешнего дыхания человека
Цель работы:
- Оценить соответствие индивидуальных параметров внешнего дыхания человека теоретически рассчитанным (нормальным).
Оборудование:
1.Спирометр СП-01 (или спирометр сухой).
2.Весы медицинские.
3.Ростомер.
4.Кушетка.
67
Методика:
1. Подготовка спирометра к работе.
Снимите крышку отсека питания, вставьте элементы А332 в отсек питания с соблюдением указанной полярности, закройте отсек крышкой и заверните винт.
При использовании внешнего источника питания – подсоедините его к спирометру и питающей электрической сети.
2. Заблаговременно проводится дезинфекция мундштука – кипячение в воде в течение 10 минут или протирка ватным тампоном, смоченным медицинским спиртом.
Подсоедините мундштук к спирометру.
# Определение максимальной вентиляции легких.
Переключатель спирометра находится в нижнем положении – измерение
ЖЕЛ.
Для определения МВЛ осуществляют спирометрическое измерение у человека, производящего форсированную гипервентиляцию с ЧДД порядка 40-60 в минуту. Продолжительность исследования должна составлять примерно 10 секунд, в противном случае может развиться гипервентиляция. Производятся выдохи воздуха через спирометр до ощущения “отсутствие воздуха”. Объем дыхания, измеренный таким образом, пересчитывают так, чтобы получить значение объема в мл за 1 минуту.
# Определение жизненной емкость легких.
-Переключатель режимов измерения спирометра установить в положение
“ЖЕЛ”;
-нажать кнопку “СБРОС”
-после обычного выдоха произвести максимально возможный вдох
-плотно охватить губами мундштук и плавно (в течение 5 с) произвести полный выдох в мундштук.
-записать значение ЖЕЛ, появившееся на цифровом индикаторе.
Для оценки полученного значения ЖЕЛ используют специальные таблицы (Табл.15), содержащие должные значения ЖЕЛ в зависимости от пола и возраста человека. Для более старшего возраста используется метод “грубой” оценки соответствия ЖЕЛ возрасту и росту обследуемого по номограмме (рис. 10). Измерение производится следующим образом: провести вертикальную линию от значения рос-
68
та испытуемого до пересечения с наклонной линией, соответствующей возрасту пациента в верхней части соответствующей номограммы, провести влево горизонтальную линию до шкалы ЖЕЛ и записать полученное значение должного ЖЕЛ
Кроме того, существует непрямой метод определения должной, "нормальной" жизненной емкости легких, который заключается в следующем.
Измерьте свой рост без обуви и массу без одежды (если масса измерена в одежде, то ее следует уменьшить на 2 кг для мужчин и 1,5 кг для женщин, летом эта величина уменьшается примерно в два раза). А затем, подставив полученные значения в формулу, рассчитайте теоретический объем — жизненную емкость легких. Сравните с измеренными значениями. Оцените уровень соответствия ЖЕЛ и объема форсированного выдоха нормальным значениям.
Расчетные формулы: Мальчики 8–12 лет
ДЖЕЛ(л) = Рост(см) ×0,052 − Возраст(лет) ×0,022 −4,6 |
; |
(20) |
Мальчики 13–16 лет |
; |
(21) |
ДЖЕЛ(л) = Рост(см) ×0,052 − Возраст(лет) ×0,022 −4,2 |
||
Девочки 8–16 лет |
|
|
ДЖЕЛ(л) = Рост(см) ×0,041− Возраст(лет) ×0,018 −3,7 ; |
(22) |
|
Взрослые мужчины |
|
|
ДЖЕЛ(л) = Рост(см) ×0,052 − Возраст(лет) ×0,022 −3,6 |
; |
(23) |
Взрослые женщины
ДЖЕЛ(л) = Рост(см) ×0,041− Возраст(лет) ×0,018 −2,68 |
(24) |
|
|
# Определение форсированной жизненной емкости (ФЖЕЛ) и объема форси- |
|
рованного выдоха (ОФВ1) |
|
-Установить переключатель режимов измерения в положение “ФЖЕЛ, |
|
ОФВ1”; |
|
-нажать кнопку “СБРОС”;
-сделать максимально глубокий вдох, охватить мундштук губами и произвести максимально быстрый и глубокий выдох;
-записать показания величин ФЖЕЛ и ОФВ1;
-вынуть мундштук и обработать его спиртом.
Величина показателя ФЖЕЛ должна быть больше или равна ОФВ1. При несоблюдении этого условия повторить измерение до получения правильных результатов.
69
Таблица 15
Средние величины жизненной емкости легких у детей школьного возраста
[Гуминский, Леонтьева, Маринова, 1990]
Возраст |
Жизненная емкость |
Возраст |
Жизненная емкость легких (л) |
||||
(в годах) |
легких (л) |
(в годах) |
|
|
|
||
|
|
мальчики |
девочки |
|
мальчики |
девочки |
|
7 |
1.4 |
1.3 |
12 |
2.2 |
2.0 |
||
8 |
1.5 |
1.3 |
13 |
2.3 |
2.2 |
||
9 |
1.7 |
1.5 |
14 |
2.8 |
2.5 |
||
10 |
2.0 |
1.7 |
15 |
3.3 |
2.7 |
||
11 |
2.1 |
1.8 |
16 |
3.8 |
2.8 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.10. Номограмма функция легких (по паспорту к спирометру СП-01)
Для получения более точных результатов целесообразно 3 раза повторить измерения и записать максимальные из полученных цифр.
Оценка результатов измерений.
Оценка соответствия измеренных параметров их должным величинам проводится с помощью номограмм.
70