Дыхательная синусовая аритмия: физиологические механизмы и связь с колебаниями системного артериального давления

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Дыхательная синусовая аритмия (ДСА) отражает функционирование механизмов нервной регуляции сердца, преимущественно парасимпатической природы. Изучение механизмов ДСА способствует раскрытию физиологических закономерностей регуляции сердечной деятельности, а разработка новых подходов к ее оценке является актуальной медицинской задачей. В данном обзоре рассмотрены экспериментальные подходы, обеспечившие становление современных представлений о роли автономной нервной системы в формировании ДСА, а также о связи ДСА с соответствующими по частоте колебаниями системного артериального давления. Кроме того, обсуждены новые данные о фазовых соотношениях колебаний сердечного ритма и артериального давления в частотном диапазоне дыхательных волн, полученные с использованием вейвлет-анализа этих физиологических сигналов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. Л. Виноградова

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: microgravity@mail.ru
Россия, Москва

А. С. Боровик

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН

Email: microgravity@mail.ru
Россия, Москва

Р. Ю. Жедяев

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН

Email: microgravity@mail.ru
Россия, Москва

О. С. Тарасова

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: microgravity@mail.ru
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Shaffer F., McCraty R., Zerr C.L. A healthy heart is not a metronome: an integrative review of the heart’s anatomy and heart rate variability // Front. Psychol. 2014. V. 5. P. 1040.
  2. Barman S.M. 2019 Ludwig Lecture: Rhythms in sympathetic nerve activity are a key to understanding neural control of the cardiovascular system // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2020. V. 318. № 2. P. R191.
  3. Баевский Р.М., Иванов Г.Г., Гаврилушкин А.П. и др. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (часть 1) // Вестник аритмологии. 2003. Т. 24. С. 65.
  4. Schaefer J., Lohff B., Dittmer J.J. Carl Ludwig’s (1847) and Pavel Petrovich Einbrodt’s (1860) physiological research and its implications for modern cardiovascular science: Translator’s notes relating to the English translation of two seminal papers // Prog. Biophys. Mol. Biol. 2014. V. 115. № 2–3. P. 154.
  5. Taylor J.A., Myers C.W., Halliwill J.R. et al. Sympathetic restraint of respiratory sinus arrhythmia: Implications for vagal-cardiac tone assessment in humans // Am. J. Physiol. Hear. Circ. Physiol. 2001. V. 280. № 6. P. H2804.
  6. Giardino N.D., Glenny R.W., Borson S., Chan L. Respiratory sinus arrhythmia is associated with efficiency of pulmonary gas exchange in healthy humans // Am. J. Physiol. Hear. Circ. Physiol. 2003. V. 284. № 5. P. H1585.
  7. Sin P.Y.W., Webber M.R., Galletly D.C. et al. Interactions between heart rate variability and pulmonary gas exchange efficiency in humans // Exp. Physiol. 2010. V. 95. № 7. P. 788.
  8. Ben-Tal A., Shamailov S.S., Paton J.F.R. Evaluating the physiological significance of respiratory sinus arrhythmia: looking beyond ventilation-perfusion efficiency // J. Physiol. 2012. V. 590. № 8. P. 1989.
  9. Elstad M., O’Callaghan E.L., Smith A.J. et al. Cardiorespiratory interactions in humans and animals: rhythms for life // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2018. V. 315. № 1. P. H6.
  10. Convertino V.A. Mechanisms of inspiration that modulate cardiovascular control: the other side of breathing // J. Appl. Physiol. (1985). 2019. V. 127. № 5. P. 1187.
  11. Slovut D.P., Wenstrom J.C., Moeckel R.B. et al. Respiratory sinus dysrhythmia persists in transplanted human hearts following autonomic blockade // Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 1998. V. 25. № 5. P. 322.
  12. Peyronnet R., Nerbonne J.M., Kohl P. Cardiac mechano-gated ion channels and arrhythmias // Circ. Res. 2016. V. 118. № 2. P. 311.
  13. MacDonald E.A., Quinn T.A. What keeps us ticking? Sinoatrial node mechano-sensitivity: the grandfather clock of cardiac rhythm // Biophys. Rev. 2021. V. 13. № 5. P. 707.
  14. Сooper P.J., Lei M., Cheng L.-X., Kohl P. Selected contribution: axial stretch increases spontaneous pacemaker activity in rabbit isolated sinoatrial node cells // J. Appl. Physiol. 2003. V. 89. № 5. P. 2099.
  15. Blinks J.R. Positive chronotropic effect of increasing right atrial pressure in the isolated mammalian heart // Am. J. Physiol. 1956. V. 186. № 2. P. 299.
  16. Armour J.A. Potential clinical relevance of the “little brain” on the mammalian heart // Exp. Physiol. 2008. V. 93. № 2. P. 165.
  17. Kollai M., Koizumi K. Reciprocal and non-reciprocal action of the vagal and sympathetic nerves innervating the heart // J. Auton. Nerv. Syst. 1979. V. 1. № 1. P. 33.
  18. Costa-Silva J.H., Zoccal D.B., Machado B.H. Glutamatergic antagonism in the NTS decreases post-inspiratory drive and changes phrenic and sympathetic coupling during chemoreflex activation // J. Neurophysiol. 2010. V. 103. № 4. P. 2095.
  19. Rodrigues K.L., Souza J.R., Bazilio D.S. et al. Changes in the autonomic and respiratory patterns in mice submitted to short-term sustained hypoxia // Exp. Physiol. 2021. V. 106. № 3. P. 759.
  20. Eckberg D., Nerhed C., Wallin B. Respiratory modulation of muscle sympathetic and vagal cardiac outflow in man // J. Physiol. 1985. V. 365. P. 181.
  21. St. Croix C.M., Satoh M., Morgan B.J. et al. Role of respiratory motor output in within-breath modulation of muscle sympathetic nerve activity in humans // Circ. Res. 1999. V. 85. № 5. P. 457.
  22. Badra L.J., Cooke W.H., Hoag J.B. et al. Respiratory modulation of human autonomic rhythms // Am. J. Physiol. Hear. Circ. Physiol. 2001. V. 280. № 6. P. H2674.
  23. Ottaviani M.M., Wright L., Dawood T., Macefield V.G. In vivo recordings from the human vagus nerve using ultrasound-guided microneurography // J. Physiol. 2020. V. 598. № 17. P. 3569.
  24. Patros M., Ottaviani M.M., Wright L. et al. Quantification of cardiac and respiratory modulation of axonal activity in the human vagus nerve // J. Physiol. 2022. V. 600. № 13. P. 3113.
  25. Bernardi L., Keller F., Sanders M. et al. Respiratory sinus arrhythmia in the denervated human heart // J. Appl. Physiol. 1989. V. 67. № 4. P. 1447.
  26. Christensen A.H., Nygaard S., Rolid K. et al. Strong evidence for parasympathetic sinoatrial reinnervation after heart transplantation // J. Heart Lung Transplant. 2022. V. 41. № 7. P. 898.
  27. Berger R.D., Saul J.P., Cohen R.J. Transfer function analysis of autonomic regulation. I. Canine atrial rate response // Am. J. Physiol. 1989. V. 256. № 1. Pt. 2. P. H142.
  28. Saul J.P., Berger R.D., Chen M.H., Cohen R.J. Transfer function analysis of autonomic regulation. II. Respiratory sinus arrhythmia // Am. J. Physiol. 1989. V. 256. № 1. Pt. 2. P. H153.
  29. Saul J.P., Berger R.D., Albrecht P. et al. Transfer function analysis of the circulation: unique insights into cardiovascular regulation // Am. J. Physiol. 1991. V. 261. № 4. Pt 2. P. H1231.
  30. Japundzic N., Grichois M.L., Zitoun P. et al. Spectral analysis of blood pressure and heart rate in conscious rats: effects of autonomic blockers // J. Auton. Nerv. Syst. 1990. V. 30. № 2. P. 91.
  31. Голубинская В.О., Тарасова О.С., Боровик А.С., Родионов И.М. Роль парасимпатических кардиотропных влияний в стабилизации уровня артериального давления у крыс в норме и после десимпатизации // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 16. 1999. № 3. С. 13.
  32. Negulyaev V.O., Tarasova O.S., Tarasova N.V. et al. Phase synchronization of baroreflex oscillations of blood pressure and pulse interval in rats: the effects of cardiac autonomic blockade and gradual blood loss // Physiol. Meas. 2019. V. 40. № 5. P. 054003.
  33. Clemson P.T., Hoag J.B., Cooke W.H. et al. Beyond the baroreflex: a new measure of autonomic regulation based on the time-frequency assessment of variability, phase coherence and couplings // Front. Netw. Physiol. 2022. V. 2. P. 891604.
  34. Хаютин В., Лукошкова Е. Колебания частоты сердцебиений: спектральный анализ // Вестник аритмологии. 2002. № 26. С. 10.
  35. MacDonald E.A., Rose R.A., Quinn T.A. Neurohumoral control of sinoatrial node activity and heart rate: Insight from experimental models and findings from humans // Front. Physiol. 2020. V. 11. P. 170.
  36. Mika D., Fischmeister R. Cyclic nucleotide signaling and pacemaker activity // Prog. Biophys. Mol. Biol. 2021. V. 166. P. 29.
  37. Elghozi J.L., Julien C. Sympathetic control of short-term heart rate variability and its pharmacological modulation // Fundam. Clin. Pharmacol. 2007. V. 21. № 4. P. 337.
  38. Stauss H.M., Anderson E.A., Haynes W.G., Kregel K.C. Frequency response characteristics of sympathetically mediated vasomotor waves in humans // Am. J. Physiol. 1998. V. 274. № 4. P. H1277.
  39. Grisk O., Stauss H.M. Frequency modulation of mesenteric and renal vascular resistance // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2002. V. 282. № 5. P. R1468.
  40. Taylor J.A., Eckberg D.L. Fundamental relations between short-term RR interval and arterial pressure oscillations in humans // Circulation. 1996. V. 93. № 8. P. 1527.
  41. Elstad M., Toska K., Chon K.H. et al. Respiratory sinus arrhythmia: Opposite effects on systolic and mean arterial pressure in supine humans // J. Physiol. 2001. V. 536. Pt. 1. P. 251.
  42. Baselli G., Cerutti S., Badilini F. et al. Model for the assessment of heart period and arterial pressure variability interactions and of respiration influences // Med. Biol. Eng. Comput. 1994. V. 32. № 2. P. 143.
  43. Malpas S.C. Neural influences on cardiovascular variability: possibilities and pitfalls // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2002. V. 282. № 1. P. H6.
  44. Malpas S.C. The rhythmicity of sympathetic nerve activity // Prog. Neurobiol. 1998. V. 56. № 1. P. 65.
  45. Cerutti C., Barres C., Paultre C. Baroreflex modulation of blood pressure and heart rate variabilities in rats: assessment by spectral analysis // Am. J. Physiol. 1994. V. 266. № 5. Pt. 2. P. H1993.
  46. Eckberg D.L., Cooke W.H., Diedrich A. et al. Respiratory modulation of human autonomic function on Earth // J. Physiol. 2016. V. 594. № 19. P. 5611.
  47. Skytioti M., Elstad M. Respiratory sinus arrhythmia is mainly driven by central feedforward mechanisms in healthy humans // Front. Physiol. 2022. V. 13. P. 768465.
  48. Eckberg D.L. The human respiratory gate // J. Physiol. 2003. V. 548. Pt 2. P. 339.
  49. Rothlisberger B.W., Badra L.J., Hoag J.B. et al. Spontaneous “baroreflex sequences” occur as deterministic functions of breathing phase // Clin. Physiol. Funct. Imaging. 2003. V. 23. № 6. P. 307.
  50. Taha B.H., Simon P.M., Dempsey J.A. et al. Respiratory sinus arrhythmia in humans: An obligatory role for vagal feedback from the lungs // J. Appl. Physiol. 1995. V. 78. № 2. P. 638.
  51. Valipour A., Mayse M.L., Peterson A.D. et al. Respiratory sinus arrhythmia attenuation via targeted lung denervation in sheep and humans // Respiration. 2019. V. 98. № 5. P. 434.
  52. Farmer D.G.S., Dutschmann M., Paton J.F.R. et al. Brainstem sources of cardiac vagal tone and respiratory sinus arrhythmia // J. Physiol. 2016. V. 594. № 24. P. 7249.
  53. Menuet C., Connelly A.A., Bassi J.K. et al. PreBötzinger complex neurons drive respiratory modulation of blood pressure and heart rate // Elife. 2020. V. 9. P. e57288.
  54. Barnett W.H., Baekey D.M., Paton J.F.R. et al. Heartbeats entrain breathing via baroreceptor-mediated modulation of expiratory activity // Exp. Physiol. 2021. V. 106. № 5. P. 1181.
  55. Borovik A.S., Orlova E.A., Tomilovskaya E.S. et al. Phase coupling between baroreflex oscillations of blood pressure and heart rate changes in 21-day dry immersion // Front. Physiol. 2020. V. 11. P. 455.
  56. Пиковский А., Розенблюм М., Куртс Ю. Синхронизация. Фундаментальное нелинейное явление. М.: Техносфера, 2003. 496 c.
  57. Kotani K., Takamasu K., Jimbo Y., Yamamoto Y. Postural-induced phase shift of respiratory sinus arrhythmia and blood pressure variations: Insight from respiratory-phase domain analysis // Am. J. Physiol. Hear. Circ. Physiol. 2008. V. 294. № 3. P. H1481.
  58. Lilly J.M., Olhede S.C. Generalized Morse wavelets as a superfamily of analytic wavelets // IEEE Trans. Signal Process. 2012. V. 60. № 11. P. 6036.
  59. Fukuoka Y., Nakagawa Y., Ogoh K. et al. Dynamics of the heart rate response to sinusoidal work in humans: influence of physical activity and age // Clin. Sci. (Lond). 2002. V. 102. № 1. P. 31.
  60. Тарасова О.С., Боровик А.С., Кузнецов С.Ю. и др. Динамика системных и локальных физиологических показателей при изменении интенсивности физической нагрузки // Физиология человека. 2013. Т. 39. № 2. С. 70.
  61. Miranda Hurtado M., Steinback C.D., Davenport M.H., Rodriguez-Fernandez M. Increased respiratory modulation of cardiovascular control reflects improved blood pressure regulation in pregnancy // Front. Physiol. 2023. V. 14. P. 1070368.
  62. Sevoz-Couche C., Laborde S. Heart rate variability and slow-paced breathing: when coherence meets resonance // Neurosci. Biobehav. Rev. 2022. V. 135. P. 104576.
  63. Shanks J., Abukar Y., Lever N.A. et al. Reverse re-modelling chronic heart failure by reinstating heart rate variability // Basic Res. Cardiol. 2022. V. 117. № 1. P. 4.
  64. O’Callaghan E.L., Lataro R.M., Roloff E.L. et al. Enhancing respiratory sinus arrhythmia increases cardiac output in rats with left ventricular dysfunction // J. Physiol. 2020. V. 598. № 3. P. 455.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема, иллюстрирующая механизмы формирования дыхательной синусовой аритмии.

Скачать (210KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость разности фаз колебаний среднего за цикл артериального давления (АД) и частоты сердечных сокращений (ЧСС) в зависимости от частоты при горизонтальном положении тела (А) и при 65º ортостазе (Б). На рисунке приведены трехмерные представления гистограмм распределения Δφ – нормированной разности фаз ЧСС и АД: по оси X отложена частота, по оси Y — значение разности фаз, а оттенками серого отображается вероятность обнаружения данного значения Δφ на данной частоте (возрастание от белого к черному). Приведены усредненные данные для группы из 8 здоровых молодых мужчин.

Скачать (138KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024