вариабельность сердечного ритма, частотные показатели сердечного ритма, спектр на плоскости комплексных частот
heart rate variability, frequency domain heart rate indices, power spectral density on the complex frequency plain
| | Ключевые слова вариабельность сердечного ритма, частотные показатели сердечного ритма, спектр на плоскости комплексных частот | | | Key words heart rate variability, frequency domain heart rate indices, power spectral density on the complex frequency plain |
| | Аннотация Определена информативность основных и дополнительных спектральных показателей вариабельности сердечного ритма. | | | Annotation The informational value of general and additional spectral indices of the heart rate variability was determined. |
| | Автор Рагозин, А. Н. | | | Номера и рубрики ВА-N22 от 28/06/2001, стр. 37 /.. Оригинальные исследования |
В настоящее время спектральный анализ является широко распространенным методом оценки колебательной структуры вариабельности сердечного ритма (ВСР). При спектральном анализе вычисляется спектральная плотность мощности (СПМ) ВСР, отражающая распределение по частоте в среднем мощности (колебательной активности) ВСР как стационарного случайного процесса, то есть процесса в среднем однородного во времени (неизменность во времени дисперсии, среднего и т.д.). Распространенным классическим непараметрическим методом вычисления СПМ ВСР является периодограммный метод Уэлча, с лежащей в его основе процедурой быстрого преобразования Фурье (БПФ). При этом методе рассчитывается и затем усредняется набор спектров, полученных на последовательно смещенных во времени коротких сегментах исходной последовательности ВСР.
Основные спектральные показатели ВСР, рассчитываемые по зависимости СПМ от частоты приведены в работе [1]. В настоящем обзоре рассматриваются спектральные показатели ВСР, не отраженные в [1], но обладающие высокой информативностью. В работе [2] оценивалась зависимость успеваемости школьников от состояния регуляторных систем ритма сердца. В исследовании показано, что средняя частота спектра [Гц] является достоверным индикатором доминирующей регуляции (симпатической или парасимпатической). Средняя частота спектра вычисляется как «центр тяжести» зависимости СПМ ВСР от частоты. Показано, что при снижении успеваемости у школьников тонус вагуса увеличивается, что обусловлено неадекватными умственными нагрузками.
Исследовано влияние исходного вегетативного тонуса школьников в начале второго полугодия на конечный результат обучения в виде уровня образованности [3]. В работе использованы спектральные показатели: частота [Гц] максимального пика СПМ ВСР, отражающая доминирующую систему регуляции и рассмотренный в [4] коэффициент гармонизации (КГ), отражающий степень приближения зависимости ВСР к синусоиде. По величине КГ можно судить о том насколько зависимость ВСР детерминирована доминирующей системой регуляции, отражаемой частотой максимального пика СПМ ВСР. Достоверно показано, что на качество обучения оказывает влияние вариант исходного вегетативного тонуса при котором КГ равен или более 0.15, но менее 0.3, частота максимума СПМ ВСР менее 0.1 Гц. Отмеченный вариант характеризует эрготропную направленность вегетативного тонуса, средний уровень напряжения адаптации.
В работе [5] приведены результаты оценки состояния напряжения адаптации учащихся девятых - выпускных классов в конце учебного года. Наряду с традиционными спектральными показателями в исследовании использовались: частота середины спектра [Гц], величина максимума [мсек2/Гц] СПМ ВСР, частота [Гц] максимума СПМ ВСР, коэффициент гармонизации СПМ ВСР в диапазоне низких частот от 0 Гц до 0.15 Гц (КГ НЧ), коэффициент гармонизации СПМ ВСР в диапазоне высоких частот от 0.15 Гц до 0.4 Гц (КГ ВЧ), отражающий гармоничность дыхательной аритмии. Исследовалась ВСР в зависимости от пола, а также от степени учебной нагрузки. Достоверных различий не обнаружено только по спектральному показателю – КГ, рассчитанному для всего частотного диапазона. По остальным перечисленным показателям достоверные отличия обнаружены. Показано, что учащиеся класса с достоверно более низким уровнем знаний имели ритм сердца более частый и ригидный, меньшую гармоничность дыхательной аритмии.
В работе [6] исследовалась ВСР у детей 3-7 лет с целью оценки уровня физиологической зрелости систем организма ребенка. Использовались общепринятые спектральные показатели ВСР. А также спектральные показатели из работы [5]. Обследовано 40 детей от 3 до 5 лет (первая группа) и 39 детей с 5 до 7 лет (вторая группа). По общепринятым спектральным показателям не обнаружено достоверных различий. У детей младшего возраста оказались достоверно более низкими величины КГ НЧ и КГ ВЧ, что свидетельствует о большей доле случайных апериодических составляющих в ритме сердца в НЧ и ВЧ диапазонах.
Предлагаемые дополнительные спектральные показатели и их описание представлены в табл. 1. Важной при спектральном анализе является, отмеченная [1], проблема «стационарности» временного ряда ВСР. Исходно, понятие СПМ определено для стационарных временных рядов. СПМ стационарной последовательности ВСР отражает распределение средней меры колебательной активности (мощности) по частоте исследуемой зависимости ВСР. Наблюдая выраженный пик на зависимости СПМ ВСР, говорят о наличии выраженного ритма с постоянной амплитудой (постоянной интенсивностью) на определен