Система для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека

Система относится к медицине, а именно к физиологии и может быть использована для выявления процесса адаптации к внешним стрессорным воздействиям. Предложена система устройств, включающая датчики для записи электрокардиограммы, датчики для определения пневмограммы, соединенные с аналогово-цифровым преобразователем, показатели которого выведены на компьютер, который задает ритм дыхания частоты дыхания и последующую обработку данных процесса адаптации человека к внешним стрессорным воздействиям. Техническим результатом использования системы является повышение точности регистрации параметров сердечной деятельности и дыхания, обеспечение автоматизации процесса, что позволяет создать комфортные условия для обследуемого человека и врача, снизить трудозатраты.

Предлагаемая полезная модель относится к медицине и физиологии и может быть использована для выявления процесса адаптации человека к внешним стрессорным воздействиям, моделируемым путем учащения ритма дыхания с частотой, заданной стимулятором.

Получение сердечно-дыхательного синхронизма (СДС) сводится к тому, что испытуемый воспроизводит задаваемый фотостимулятором ритм дыхания, превышающий исходную частоту сердцебиения. При этом развивается синхронизация учащенного произвольного дыхания и сердечного ритма. В формировании СДС принимают участие последовательный ряд структур и механизмов организма, приуроченных как к различным уровням центральной нервной системы, так и к вегетативному обеспечению функционирования органов на периферии. Последовательность процессов, приводящих к развитию СДС, может быть представлена следующим образом.

Дыхание является практически единственной вегетативной функцией, имеющей «произвольный вход», - человек может сознательно изменять частоту и глубину дыхания по заданной программе, что открывает уникальную возможность управления ритмогенезом сердца за счет создания общего дыхательного и сердечного ритмов. Такой единый ритм может быть получен посредством вовлечения сердечных эфферентных нейронов в доминантный учащенный дыхательный ритм. Это позволило предложить прием создания общего синхронного ритма дыхания и сердца у человека, посредством заданной частоты произвольного дыхания, обычно превышающей частоту сердечного ритма (В.М.Покровский, В.Г.Абушкевич, Е.Г.Потягайло, А.Г.Похотько «Сердечно-дыхательный синхронизм: выявление у человека, зависимость от свойств нервной системы и функциональных состояний организмам, Успехи физиологических наук, 2003 г., том 34, 3, стр.68-77).

Принципиально важно, что параметры СДС легко могут быть оценены количественно: длительностью развития синхронизации, шириной диапазона синхронизации и др. При этом установлено, что уменьшение длительности развития синхронизации и увеличение ее диапазона свидетельствуют о повышении регуляторно-адаптивного статуса организма.

Известны устройства для регистрации и измерения сердечно-дыхательного синхронизма - электрокардиограф, пневмограф и аналоговый световой стимулятор, соединенные с осциллографом, используемые поврозь, что не позволяет рассматривать их как единую систему (Абушкевич В.Г., Малигонов Е.А., Татулян В.А., Похотько А.Г. «Сердечно-дыхательный синхронизм у детей как форма проявления центральной генерации ритма сердца». Актуальные вопросы педиатрии, Краснодар, 1999 г., стр.202-205). При исследовании сердечно-дыхательного синхронизма на данных устройствах производят параллельную запись кардиограммы, пневмограммы, частоты стимулятора. Затем записи совмещают для регистрации сердечно-дыхательного синхронизма. Данные устройства представляют собой аналоговые приборы, не объединенные в единую систему, нуждающиеся в настройке в ходе проведения исследования, в ручной корректировке частоты стимулятора, в громоздких вычислениях погрешности и ее последующей корректировке. Исследования, проводимые на этих приборах, не автоматизированы, требуют постоянного присутствия исследователя рядом с испытуемым, что негативно влияет на достоверность исследования.

За ближайший аналог принято устройство, ранее широко применяемое для исследования сердечно-дыхательного синхронизма: электрокардиограф, пневмограф (Абущкевич В.Г., Барбухатти К.О., Зубахин А.Г., Кащина Ю.В., Клименко Н.В. «Сердечно-дыхательный синхронизм и электрическая активность области сино-атриального узла», Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова, 2004 г, т.90, 8, стр.454). Данные устройства не являются специализированными приборами для регистрации сердечно-дыхательного синхронизма, каждое из этих устройств производит запись только одного параметра (кардиограммы или пневмограммы), что требует совмещения записей для регистрации феномена сердечно-дыхательного синхронизма. Данная система не обеспечивает достоверности, трудоемка, неудобна в использовании.

Задачами при создании системы являлись: повышение достоверности, выявления процесса адаптации человека к стрессорным воздействиям, сокращение трудозатрат, создание удобств для пациента и исследователя, автоматизация исследования.

Техническим результатом решения задач явилось создание системы для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека, объединенной в единый программно-аппаратный комплекс, включающий датчики ЭКГ, датчик дыхания, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), например, «ВНС-Микро», соединенные с компьютером, задающим одновременно звуковой и световой сигналы, регистрирующий параметры сердечной деятельности и дыхания. Созданная система производит параллельную регистрацию ЭКГ и пневмограммы с программно заданной погрешностью, полностью автоматизирована, не нуждается в дополнительных настройках при проведении исследования, позволяет свести субъективность исследования к минимуму, повышает достоверность исследования, сокращает трудозатраты, создает удобства для пациента и исследователя. Достоверность по сравнению с прототипом составила р<0.05, трудозатраты сократились на 35%.

Сущностью полезной модели является то, что система оснащена аналогово-цифровым преобразователем, соединенным в параллельном режиме работы с датчиками и компьютером, задающим одновременно звуковой и световой сигналы в такт дыхания пациента и регистрирующий сердечную деятельность и частоту дыхания в их частотной взаимосвязи.

Для лучшего понимания система изображена схематично на фиг.1, где:

1 - АЦП, в частности, ВНС-МИКРО;

2 - датчики для записи электрокардиограммы;

3 - датчик для записи пневмограммы;

4 - компьютер.

Система работает следующим образом: предварительно системе обеспечивают рабочее состояние: соединяют АЦП 1 с компьютером 4 и через датчики с человеком. При этом датчики для записи ЭКГ 2 фиксируют на руки и на ноги, а датчик для записи пневмограммы 3- на голову пациента. Систему обеспечивают электропитанием. Вначале с помощью компьютера производят запись исходных (фоновых) параметров: частоты дыхания (ЧД) и частоты сердечных сокращений (ЧСС). Производят расчет усредненного показателя фоновых значений. На втором этапе исследования с помощью программы в автоматическом режиме рассчитывают частоту стимулятора на 5% ниже фоновых значений и производят поиск минимальной частоты возникновения СДС. При совпадении частот сердечных сокращений, дыхания и частот стимулятора регистрируют сердечно-дыхательный синхронизм. Далее частоту стимуляции увеличивают с шагом выше на 5% относительно предыдущего значения показателя СДС до тех пор, пока не будет найдено значение верхней границы сердечно-дыхательного синхронизма. На последнем этапе исследования производят уточнение максимальной и минимальной границы возникновения СДС и расчет ширины диапазона. Затем результаты исследования заносятся в таблицу в формате MS Excel и в дальнейшем в каждом отдельном исследовании составляются подобные таблицы, с целью определения длительности теста, длительности возникновения СДС, периодов адаптации, паспортных данных, нозологии и вида оперативного доступа, примененного у данного пациента. Таблицы позволяют обеспечить возможность сохранения результатов исследования пациента в динамике. С помощью компьютера процесс обследования пациента может быть автоматизирован. Устройство апробировано на 60 пациентах. Из приложения (стр.1, 2) видно как на экране монитора изображаются графики регистрирующие запись кардиограммы и пневмограммы, на стр.3 представлена итоговая таблица.

Пример, (Больная Н, 37 лет, история болезни 11906 поступила с диагнозом миома матки на оперативное лечение). Для определения параметров сердечно-дыхательного синхронизма ей были подключены датчики для измерения частоты дыхания и частоты сердечных сокращений, которые через АЦП соединялись с компьютером и подключали через электропровод к сети питания. Вначале производили запись фоновых значений ЧСС и ЧД, производили расчет усредненного показателя фоновых значений. Затем с помощью программы в автоматическом режиме рассчитывали частоту стимулятора на 5% ниже фоновых значений, производили поиск минимальной частоты, при которой возникал СДС. Далее частоту стимулятора увеличивали с шагом на 5% выше относительно предыдущего значения показателя СДС, пока не было найдено значение верхней границы СДС. На последнем этапе исследования производили уточнение достоверности полученных значений. После завершения тестирования в итоговом отчете были представлены: паспортные данные, ширина диапазона возникновения СДС, которая составила - 9, время развития сердечно-дыхательного синхронизма - (10 минут) количество синхронных циклов (7). Дальнейший анализ полученных данных с учетом возраста, конституционального типа, дня менструального цикла, позволил оптимизировать вид оперативного доступа наиболее подходящий для данной пациентки. Результаты показали, что данной пациентки с таким диагнозом и учетом всех перечисленных характеристик оптимально подходит проведение оперативного вмешательства методом лапароскопии.

п.п.	1
карточки	46
Фамилия	Кравцова
Имя	Аксинья
Отчество	Борисовна
истории болезни	1
Пол	женский
Возраст	25
Вес	65
Рост	180
День менструального цикла	1
Диагноз
Тип оперативного вмешательства	Контроль
Степень травмотизма	Отсутствует
Погрешность при СДС	0,03
Погрешность ЧСС при восстановлении	0,2
Погрешность ЧД при восстановлении	0,2
Погрешность ЧД относительно стимулятора	0,2
Время стабилизации фонового режима	20
Макс.время адаптации	30
Макс.время пробы	60
Кол. синхронных периодов ЧСС, необходимое для	СДС 7
Периодов СДС, завершающих адаптацию	6
Шаг частоты стимулятора	0,05
Короткий шаг частоты стимулятора	0,04
Мин. время восстановления	40
Фоновая ЧД	15
Фоновая ЧСС	83
Время тестирования	1190
Количество проб	7
Грубый минимум	79
Грубый максимум	86
Точный минимум	76
Точный максимум	86
Диапазон	11
Разность Мин.Граница - Исх. ЧСС	-7
Длительность развития на мин.	37
Длительность развития на макс.	41
Длительность СДС на мин.	21
Длительность СДС на макс.	10
Длительность восстановления на мин.	26
Длительность восстановления на макс.	54
Мак. длительность СДС	21
Частота макс.длительности СДС	6
Мин. время развития	9
Мин. время СДС	8
Мин. время восстановления	26
Макс.время развития	41
Макс.время СДС	21
Макс.время восстановления	356

Система для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека, содержащая датчики для записи электрокардиограммы и пневмограммы, отличающаяся тем, что система оснащена аналогово-цифровым преобразованием, соединенным в параллельном режиме работы с датчиками, и компьютером, задающим одновременно звуковой и световой сигналы в такт дыхания пациента и регистрирующим сердечную деятельность и частоту дыхания в их частотной взаимосвязи.