Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Боровкова Е. И., Дубинкина Е. С., Караваев А. С., Пономаренко В. И., Мягков И. А., Прохоров М. Д., Безручко Б. П. Изменение статистических характеристик сигналов сердечно-сосудистой системы и нелинейных мер кардиореспираторного взаимодействия у здоровых добровольцев в ходе тестов с биологической обратной связью // Известия вузов. ПНД. 2026. Т. 34, вып. 1. С. 34-48. DOI: 10.18500/0869-6632-003194, EDN: INAJDG

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF and_2026-1_borovkova_et-al_34-48.pdf
(загрузок: 40)
Полный текст в формате PDF(En):
Иконка PDF and_2026_1_borovkova_et_al_en.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Прикладные задачи нелинейной теории колебаний и волн
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
612.18
DOI: 
10.18500/0869-6632-003194
EDN: 
INAJDG

Изменение статистических характеристик сигналов сердечно-сосудистой системы и нелинейных мер кардиореспираторного взаимодействия у здоровых добровольцев в ходе тестов с биологической обратной связью

Авторы: 
Боровкова Екатерина Игоревна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Дубинкина Елизавета Сергеевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Караваев Анатолий Сергеевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Пономаренко Владимир Иванович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Мягков Иван Андреевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Прохоров Михаил Дмитриевич, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Безручко Борис Петрович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Аннотация: 

Цель настоящего исследования заключается в изучении воздействия биологической обратной связи, осуществляемой через контролируемое медленное дыхание и ритмичные сокращения скелетных мышц на частоте барорефлекторного резонанса, на физиологические параметры организма.

Методы. Для достижения поставленной цели был проведен анализ сигналов дыхания, кардиоинтервалограммы и фотоплетизмограммы. Использовались статистический и спектральный анализ, а также расчет нелинейных мер
взаимодействия, таких как фазовая когерентность и суммарный процент фазовой синхронизации.

Результаты. Исследование показало, что медленное дыхание в частотном диапазоне барорефлекторного резонанса (около 0.1 Гц) приводит к статистически значимому увеличению амплитуды колебаний кардиоинтервалограммы и мощности процессов симпатической и парасимпатической регуляции ритма сердца. Также наблюдалось повышение фазовой когерентности между дыханием и кардиоинтервалограммой и фазовой синхронизации контуров симпатической регуляции кровообращения.

Заключение. Выявлен резонансный частотно-избирательный отклик систем автономной регуляции ритма сердца на медленное дыхание. Эффекты, наблюдаемые при медленном дыхании, оказались значительно более выраженными по сравнению
с ритмичным сокращением скелетных мышц на той же частоте, что подчеркивает различия в биофизических механизмах воздействия этих методов на систему кровообращения Применение методов нелинейной динамики сыграло ключевую роль при решении поставленных задач.
 

Ключевые слова: 
кардиореспираторное взаимодействие
фазовая когерентность
синхронизация
медленное дыхание
ритмичное сокращение скелетных мышц
биологическая обратная связь
Благодарности: 
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 23-12-00241, https://rscf.ru/project/23-12-00241/.
Список источников: 
  1. Безручко Б. П., Гуляев Ю. В., Кузнецов С. П., Селезнев Е. П. Новый тип критического поведения связанных систем при переходе к хаосу // Докл. АН СССР. 1986. Т. 287, № 3. C. 619-622. 
  2. Астахов В. В., Безручко Б. П., Гуляев Ю. В., Селезнев Е. П. Мультистабильные состояния диссипативно связанных фейгенбаумовских систем // Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15, № 3. С. 60-65. 
  3. Гуляев Ю. В. Физические поля и излучения человека. Новые неинвазивные методы медицинской диагностики. М.: РВОФ «Знание» им. С.И. Вавилова, 2009. 28 с. 
  4. Гуляев Ю. В., Годик Э. Э. Физические поля биологических объектов // В кн.: Кибернетика живого: биология и информация. М.: Наука, 1984. С. 111-116. 
  5. Годик Э. Э., Гуляев Ю. В. Физические поля человека и животных // В мире науки. 1990. № 5. С. 75-83. 
  6. Gevirtz R. N., Lehrer P. M., Schwartz M. S. Cardiorespiratory biofeedback // In: Schwartz M.,S., Andrasik F. (eds) Biofeedback: A Practitioner’s Guide. NY: The Guilford Press, 2016. P. 196-213. 
  7. Корчин В. И., Кормилец А. Ю., Кормилец В. С., Еремеева О. В., Еремеев С. И. Обзор протоколов адаптивной биологической обратной связи по параметрам электроэнцефалограммы // Научный медицинский вестник Югры. 2017. № 3-4 (13-14). С. 36-44. 
  8. Hammond D. C. What is neurofeedback: An update // Journal of Neurotherapy. 2011. Vol. 15, no. 4. P. 305-336. DOI: 10.1080/10874208.2011.623090.
  9. Мельникова М. С., Орлов А. Б. Психотерапевтический потенциал биологической обратной связи: эмпирическое исследование // Вопросы психологии. 2016. № 2. С. 91-97. 
  10. Галкин С. А., Симуткин Г. Г., Счастный Е. Д., Иванова С. А., Бохан Н. А. Обзор применения биологической обратной связи в терапии пациентов с депрессивными расстройствами // Современная терапия психических расстройств. 2020. № 3. С. 38-43. 
  11. Александров А. Ю., Уплисова К. О., Иванова В. Ю. Влияние параметров и характера биологической обратной связи на амплитуду физиологического тремора // Физиология человека. 2020. Т. 46, № 2. С. 22-29. DOI: 10.31857/S0131164620010038.
  12. Shaffer F., Meehan Z. M. A practical guide to resonance frequency assessment for heart rate va-riability biofeedback // Front. Neurosci. 2020. Vol. 14. P. 570400. DOI: 10.3389/fnins.2020.570400.
  13. Першина Л. Ю. Оценка зависимости вариабельности сердечного ритма от условий реализации сеанса биологической обратной связи // Научно-практические исследования. 2017. № 4 (4). С. 59-61. 
  14. Vaschillo E. G., Vaschillo B., Pandina R. J., Bates M. E. Resonances in the cardiovascular system caused by rhythmical muscle tension // Psychophysiology. 2011. Vol. 48, no. 7. P. 927-936. DOI: 10.1111/j.1469-8986.2010.01156.x.
  15. Lin G., Xiang Q., Fu X., Wang S., Wang S., Chen S., Shao L., Zhao Y., Wang T. Heart rate variability biofeedback decreases blood pressure in prehypertensive subjects by improving autonomic function and baroreflex // J. Altern. Complement. Med. 2012. Vol. 18, no. 2. P. 143-152. DOI: 10.1089/acm.2010.0607.
  16. Steffen P. R., Austin T., DeBarros A., Brown T. The impact of resonance frequency breathing on measures of heart rate variability, blood pressure, and mood // Front. Public Health. 2017. Vol. 5. P. 222. DOI: 10.3389/fpubh.2017.00222.
  17. Безручко Б. П., Смирнов Д. А. Математическое моделирование и хаотические временные ряды. Саратов: ГосУНЦ <<Колледж>>, 2005. 320 с. 
  18. Боровкова Е. И., Храмков А. Н., Дубинкина Е. С., Безручко Б. П., Гриднев В. И., Прохоров М. Д., Караваев А. С. Анализ биосигналов при когнитивной нагрузке и стрессе // В сб.: Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине - 2023: Сборник статей Всероссийской школы-семинара. Саратов: Саратовский источник, 2023. С. 35-37.
  19. Боровкова Е. И., Храмков А. Н., Караваев А. С., Пономаренко В. И., Прохоров М. Д. Синхронизация процессов автономного контроля кровообращения у людей отличается в состоянии бодрствования и в разных стадиях сна // В сб.: Сборник тезисов XXIV съезда физиологического общества им. И. П. Павлова. 11–15 сентября 2023 года, Санкт-Петербург, Россия. Санкт-Петербург: ВВМ, 2023. С. 556. 
  20. Киселев А. Р., Гриднев В. И., Караваев А. С., Посненкова О. М., Пономаренко В. И., Прохоров М. Д., Безручко Б. П., Шварц В. А. Оценка пятилетнего риска летального исхода и развития сердечно-сосудистых событий у пациентов с острым инфарктом миокарда на основе синхронизации 0,1 Гц-ритмов в сердечно-сосудистой системе // Саратовский научно-медицинский журнал. 2010. Т. 6, № 2. С. 328-338. 
  21. Medicom MTD [Электронный ресурс] . Режим доступа: http://medicom-mtd.com/htm/Products/eegr-main.html.
  22. Баевский Р. М., Иванов Г. Г., Чирейкин Л. В., Гаврилушкин А. П., Довгалевский П. Я., Кукушкин Ю. А., Миронова Т. Ф., Прилуцкий Д. А., Семенов Ю. Н., Федоров В. Ф., Флейшман А. Н., Медведев М. М. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (Часть 1) // Вестник аритмологии. 2002. № 24. С. 65-86.
  23. Gabor D. Theory of communication // J. Inst. Electr. Eng. 1946. Vol. 93, no. 3. P. 429-441. 
  24. Ponomarenko V. I., Karavaev A. S., Borovkova E. I., Hramkov A. N., Kiselev A. R., Prokhorov M. D., Penzel T. Decrease of coherence between the respiration and parasympathetic control of the heart rate with aging // Chaos. 2021. Vol. 31, no. 7. P. 073105. DOI: 10.1063/5.0056624.
  25. Nitzan M., Babchenko A., Khanokh B., Landau D. The variability of the photoplethysmographic signal: A potential method for the evaluation of the autonomic nervous system // Physiol. Meas. 1998. Vol. 19, no. 1. P. 93-102. DOI: 10.1088/0967-3334/19/1/008.
  26. Allen J. Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement // Physiol. Meas. 2007. Vol. 28, no. 3. P. R1-R39. DOI: 10.1088/0967-3334/28/3/R01.
  27. Безручко Б. П., Гриднев В. И., Караваев А. С., Киселев А. Р., Пономаренко В. И., Прохоров М. Д., Рубан Е. И. Методика исследования синхронизации колебательных процессов с частотой 0.1 Гц в сердечно-сосудистой системе человека // Известия вузов. ПНД. 2009. Т. 17, № 6. С. 44-56. DOI: 10.18500/0869-6632-2009-17-6-44-56.
  28. Флейшман А. Н. Медленные колебания кардиоритма и феномены нелинейной динамики: классификация фазовых портретов, показателей энергетики, спектрального и детрентного анализа // В сб.: Медленные колебательные процессы в организме человека. Теоретические и прикладные аспекты нелинейной динамики, хаоса и фракталов в физиологии и медицине. Материалы 3-го Всероссийского симпозиума. 21-25 мая 2001 г. Новокузнецк, 2001. С. 49-61. 
  29. Kruskal W. H., Wallis W. A. Use of ranks in one-criterion variance analysis // J. Am. Stat. Assoc. 1952. Vol. 47. P. 583-621.  DOI: 10.2307/2280779.
  30. Mann H. B., Whitney D. R. On a test of whether one of two random variables is stochastically larger than the other // Ann. Math. Stat. 1947. Vol. 18, no. 1. P. 50-60. DOI: 10.1214/aoms/1177730491.
  31. Тарасов А. А. Использование фотоплетизмограммы для автоматического неинвазивного измерения артериального давления // Врач-аспирант. 2006. Т. 12, № 3. С. 241-245.
  32. Гогиберидзе Н. А., Сагирова Ж. Н., Кузнецова Н. О., Гогниева Д. Г., Чомахидзе П. Ш., Санер Х., Копылов Ф. Ю. Сравнение безманжетного измерения артериального давления с помощью монитора электрокардиограммы с функцией фотоплетизмографии с измерением по методу Короткова: пилотное исследование // Сеченовский вестник. 2021. Т. 12, № 1. С. 39-49.  DOI: 10.47093/2218-7332.2021.12.1.39-49.
  33. Bartsch R. P., Liu K. K., Ma Q. D., Ivanov P. C. Three independent forms of cardio-respiratory coupling: Transitions across sleep stages // Comput. Cardiol. 2014. Vol. 41. P. 781-784.
Поступила в редакцию: 
31.03.2025
Принята к публикации: 
05.09.2025
Опубликована онлайн: 
12.09.2025
Опубликована: 
30.01.2026
  • 581 просмотр