«Ульяновский медико-биологический журнал»

PHYSIOLOGY

Download article

DOI 10.34014/2227-1848-2021-4-132-142

 

CRITERIA FOR PREDICTING BIOELECTRICAL PROCESSES IN THE HUMAN HEART UNDER VARIOUS STAGES OF ACUTE HYPOXIA

M.I. Bocharov, A.S. Shilov

Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Syktyvkar, Russia

 

Despite much available information on the heart activity under acute normobaric hypoxia (ANH), there are no data on the leading ECG components and the criteria for predicting their deviations at various stages of ANH and depending on its duration.

The aim of the paper is to determine the leading ECG components and the dependence of their deviations on the initial parameters at different stages of acute normobaric hypoxia and depending on its duration in a healthy person.

Materials and Methods. The shifts in parameter indicators were determined in two groups of men (aged 18–26) under 20-minute mild (14.5 % O2, n1=30) and medium (12.3 % O2, n2=29) ANH. During the study the authors used 7 ECG parameters and oximetry. Statistica 10.0 software package was used for data processing. The authors determined normality of distribution, they also used factor analysis, correlation, and regression.

Results. For all ANH degrees, the leading factor included QT, T1II, and (with one exception) RR. In case of mild ANH, the 1st factor was supplemented by P1II at the 5th minute of exposure, and in case of medium ANH at the 20th minute. The second most important factor in case of mild ANH was determined by BAR and RII at the 5th and 20th min and by BAR at the 10th min. In case of medium ANH it was supplemented by P1II at the 5th min, by RII and BAR at the 10th min, and by BAL at the 20th min. It was shown that in case of mild ANH P1II, RII, BAR, and RR deviations reliably depend on the initial parameters; for medium ANH, such dependence is observed for RR and QT at the 5th and 10th min, for RII at the 10th and 20th min, and for P1II at the 20th min.

Conclusion. The main markers of heart bioelectrical processes under ANH are QT, T1II and RR, other parameters are variable. The availability to predict deviations of ECG parameters by their initial parameters depends on ANH stage.

Key words: human, hypoxia, oximetry, electrocardiography, factorial, correlation, regression analysis.

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

 

References

  1. Troshen'kina O.V., Menzorov M.V., Shutov A.M., Balykin M.V., Pupyreva E.D. Elektricheskaya stabil'nost' miokarda pri ostroy normobaricheskoy gipoksii u zdorovykh lyudey [Electrical myocardial stability under acute normobaric hypoxia in healthy people]. Lechebnaya fizkul'tura i sportivnaya meditsina. 2012; 99 (3): 41–45 (in Russian).

  2. Zhang D., She J., Zhang Z., Yu M. Effects of acute hypoxia on heart rate variability, sample entropy and cardiorespiratory phase synchronization. Biomed. Eng. Online. 2014; 13 (73). DOI: 10.1186/1475-925X-13-73.

  3. Coustet B., Lhuissier F.J., Vincent R., Richalet J.-P. Electrocardiographic changes during exercise in acute hypoxia and susceptibility to severe high-altitude Illnesses. Circulation. 2015; 131: 786–794. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.114.013144.

  4. Siebenmann С., Lundby С. Regulation of cardiac output in hypoxia. Scand. J. Med. Sci. Sports. 2015; 25 (4): 53–59. DOI: 10.1111/sms.12619.

  5. Giles D., Kelly J., Draper N. Alterations in autonomic cardiac modulation in response to normobaric hypoxia. European journal of sport science. 2016; 16 (8): 1023–1031.

  6. Klyuchnikova E.A., Abbazova L.V., Lokhannikova M.A., Anan'ev S.S., Pavlov D.A., Balykin M.V. Vliyanie preryvistoy normobaricheskoy gipoksii na sistemnuyu gemodinamiku, biokhimicheskiy sostav krovi i fizicheskuyu rabotosposobnost' lits pozhilogo vozrasta [Effect of intermittent normobaric hypoxia on systemic hemodynamics, biochemical blood composition and physical performance in elderly people]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2017; 4: 155–163 (in Russian).

  7. Novikov V.S., Soroko S.I., Shustov E.B. Dezadaptatsionnye sostoyaniya cheloveka pri ekstremal'nykh vozdeystviyakh i ikh korrektsiya [Maladaptive states of a person under extreme influences and correction of such states]. St. Petersburg: Politekhnika-print; 2018. 548 (in Russian).

  8. Alekseeva T.M., Kovzelev P.D., Topuzova M.P., Sergeeva T.V., Tregub P.P. Giperkapnicheski-gipoksicheskie dykhatel'nye trenirovki kak potentsial'nyy sposob reabilitatsionnogo lecheniya patsientov, perenesshikh insul't [Hypercapnic-hypoxic breathing training as a potential method of rehabilitation treatment for stroke patients]. Arterial'naya gipertenziya. 2019; 25 (2): 134–142 (in Russian).

  9. Volkov N.I. Preryvistaya gipoksiya – novyy metod trenirovki, reabilitatsii i terapii [Intermittent hypoxia as a new method of training, rehabilitation and therapy]. Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury: nauchno-teoreticheskiy zhurnal. 2000; 7: 20–23 (in Russian).

  10. Navarrete-Opazo A., Mitchell G.S. Therapeutic potential of intermittent hypoxia: a matter of dose. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2014; 307: 1181–1197. DOI:10.1152/ajpregu.00208.2014.

  11. Aronov D.M., Lupanov V.P. Funktsional'nye proby v kardiologii [Functional tests in cardiology]. Moscow: MEDpress-inform; 2003. 296 (in Russian).

  12. Michaelides A.P., Tousoulis D., Raftopoulos L.G., Antoniades C., Tsiachris D., Stefanadis C.I. The impact of novel exercise criteria and indices for the diagnostic and prognostic ability of exercise testing. Inter. J. Cardiol. 2010; 143: 119–123.

  13. Saltykova M.M., Miller T.F., Borovik A.S., Popov D.V., Vinogradova O.L. Izmeneniya amplitudy zubtsov kompleksa QRS na EKG i legochnoy ventilyatsii pri nagruzochnom testirovanii prakticheski zdorovykh lits [Changes in the amplitude of the ECG QRS complex waves and pulmonary ventilation during stress testing of practically healthy individuals]. Funktsional'naya diagnostika. 2013; 1: 32–38 (in Russian).

  14. Baevskiy R.M. Prognozirovanie sostoyaniy na grani normy i patologii [State prognosis on the verge of norm and pathology]. Moscow: Kniga po trebovaniyu; 2014. 295 (in Russian).

  15. Prekina V.I., Chernova I.Yu., Esina M.V., Efremova O.N. Analiz intervala QT u bol'nykh s ishemicheskim insul'tom [Analysis of the QT interval in patients with ischemic stroke]. Prakticheskaya meditsina. 2019; 17 (2): 80–83 (in Russian).

  16. Osipov B.H., Xazova E.B., Oslopova Yu.V., Bulashova O.V., Krivonosova S.Sh., Mardanova N.F., Khanafieva A.L., Oslopova D.V. Stress-indutsirovannaya neishemicheskaya kardiomiopatiya (sindrom «takotsubo») – obshchnost' proiskhozhdeniya i neodnorodnost' proyavleniy. Klinicheskoe nablyudenie [Stress-induced non-ischemic cardiomyopathy (takotsubo syndrome): Common origin and heterogeneity of manifestations. Clinical observation]. Prakticheskaya meditsina. 2019; 17 (2): 145–152 (in Russian).

  17. Bocharov M.I., Shilov A.S. Organizatsiya bioelektricheskikh protsessov serdtsa pri raznoy stepeni ostroy normobaricheskoy gipoksii u zdorovykh lyudey [Organization of bioelectric heart processes under various stages of acute normobaric hypoxia in healthy people]. Ekologiya cheloveka. 2020; 12: 28–36 (in Russian).

  18. Luk'yanova L.D. Signal'nye mekhanizmy gipoksii: monografiya [Signaling mechanisms of hypoxia: Monograph]. Moscow: RAN; 2019. 215 (in Russian).

  19. Turbasov V.D., Artamonova N.P., Nechaeva E.I. Otsenka bioelektricheskoy aktivnosti serdtsa v usloviyakh antiortostaticheskoy gipokinezii s ispol'zovaniem obshcheprinyatykh i korrigirovannykh ortogonal'nykh otvedeniy EKG [Evaluation of the bioelectric heart activity under antiorthostatic hypokinesia using conventional and corrected orthogonal ECG leads]. Kosmicheskaya biologiya i aviakosmicheskaya meditsina. 1990; 24 (1): 42–44 (in Russian).

  20. Akhundov R.A., Akhundova Kh.R. Energeticheskie mekhanizmy okislitel'nogo stressa, endogennaya i ekzogennaya gipoksiya [Energy mechanisms of oxidative stress, endogenous and exogenous hypoxia]. Biomeditsina. 2009; 3: 3–9 (in Russian).

Received July 06, 2021; accepted October 09, 2021.

 

Information about the authors

Bocharov Mikhail Ivanovich, Doctor of Sciences (Biology), Professor, Senior Researcher, Department of Comparative Cardiology, Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. Russia, 167982, Syktyvkar, Kommunisticheskaya st., 24; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0001-6918-5523

Shilov Aleksandr Sergeevich, Candidate of Sciences (Biology), Researcher, Department of Comparative Cardiology, Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. Russia, 167982, Syktyvkar, Kommunisticheskaya st., 24; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-0520-581X

 

For citation

Bocharov M.I., Shilov A.S. Kriterii prognoza bioelektricheskikh protsessov serdtsa cheloveka pri raznoy stepeni ostroy gipoksii [Criteria for predicting bioelectrical processes in the human heart under various stages of acute hypoxia]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2021; 4: 132–142. DOI: 10.34014/2227-1848-2021-4-132-142 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 612.273.2:612.179

DOI 10.34014/2227-1848-2021-4-132-142

 

КРИТЕРИИ ПРОГНОЗА БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СЕРДЦА ЧЕЛОВЕКА ПРИ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ ОСТРОЙ ГИПОКСИИ

М.И. Бочаров, А.С. Шилов

ФГБУН ФИЦ «Коми научный центр Уральского отделения РАН», г. Сыктывкар, Россия

 

Несмотря на имеющиеся многочисленные сведения о деятельности сердца при острой нормобарической гипоксии (ОНГ), данные о ведущих компонентах ЭКГ и критериях прогнозирования их отклонений при разной степени ОНГ и в зависимости от ее длительности отсутствуют.

Цель работы – определить ведущие компоненты ЭКГ и зависимости их отклонений от исходных величин при разных степенях острой нормобарической гипоксии и в зависимости от её длительности у здорового человека.

Материалы и методы. С помощью ЭКГ (7 параметров) и оксигемометрии определены сдвиги их показателей у мужчин (18–26 лет) двух групп при легкой (14,5 % О2, n1=30) и средней (12,3 % О2, n2=29) ОНГ в течение 20 мин. Материал обработан с помощью программного пакета Statistica 10.0. Определяли нормальность распределения, применяли факторный анализ, корреляцию, регрессию.

Результаты. При всех степенях ОНГ ведущий фактор включал QT, T1II и (с одним исключением) RR. При легкой ОНГ 1-й фактор на 5-й мин воздействия дополняется P1II, а при средней ОНГ на 20-й мин – P1II. Второй по весомости фактор при легкой ОНГ на 5-й и 20-й мин определяется BAR и RII, на 10-й мин – BAR, а при средней ОНГ на 5-й мин – P1II, на 10-й мин – RII и BAR, на 20-й мин – BAL. Показано, что при легкой ОНГ от исходных данных достоверно зависят отклонения P1II, RII, BAR и RR, при средней ОНГ такая зависимость наблюдается для RR и QT на 5-й и 10-й мин, для RII на 10-й и 20-й мин и для P1II на 20-й мин.

Выводы. Основными маркерами биоэлектрических процессов сердца при ОНГ являются QT, T1II и RR, остальные параметры отличаются вариабельностью. Возможность прогноза отклонений параметров ЭКГ по их исходным величинам зависит от степени ОНГ.

Ключевые слова: человек, гипоксия, оксигемометрия, электрокардиография, факторный, корреляционный, регрессионный анализы.

 

Литература

  1. Трошенькина О.В., Мензоров М.В., Шутов А.М., Балыкин М.В., Пупырева Е.Д. Электрическая стабильность миокарда при острой нормобарической гипоксии у здоровых людей. Лечебная физкультура и спортивная медицина. 2012; 99 (3): 41–45.

  2. Zhang D., She J., Zhang Z., Yu M. Effects of acute hypoxia on heart rate variability, sample entropy and cardiorespiratory phase synchronization. Biomed. Eng. Online. 2014; 13 (73). DOI: 10.1186/1475-925X-13-73.

  3. Coustet B., Lhuissier F.J., Vincent R., Richalet J.-P. Electrocardiographic changes during exercise in acute hypoxia and susceptibility to severe high-altitude Illnesses. Circulation. 2015; 131: 786–794. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.114.013144.

  4. Siebenmann С., Lundby С. Regulation of cardiac output in hypoxia. Scand. J. Med. Sci. Sports. 2015; 25 (4): 53–59. DOI: 10.1111/sms.12619.

  5. Giles D., Kelly J., Draper N. Alterations in autonomic cardiac modulation in response to normobaric hypoxia. European journal of sport science. 2016; 16 (8): 1023–1031.

  6. Ключникова Е.А., Аббазова Л.В., Лоханникова М.А., Ананьев С.С., Павлов Д.А., Балыкин М.В. Влияние прерывистой нормобарической гипоксии на системную гемодинамику, биохимический состав крови и физическую работоспособность лиц пожилого возраста. Ульяновский медико-биологический журнал. 2017; 4: 155–163.

  7. Новиков В.С., Сороко С.И., Шустов Е.Б. Дезадаптационные состояния человека при экстремальных воздействиях и их коррекция. СПб.: Политехника-принт; 2018. 548.

  8. Алексеева Т.М., Ковзелев П.Д., Топузова М.П., Сергеева Т.В., Трегуб П.П. Гиперкапнически-гипоксические дыхательные тренировки как потенциальный способ реабилитационного лечения пациентов, перенесших инсульт. Артериальная гипертензия. 2019; 25 (2): 134–142.

  9. Волков Н.И. Прерывистая гипоксия – новый метод тренировки, реабилитации и терапии. Теория и практика физической культуры: научно-теоретический журнал. 2000; 7: 20–23.

  10. Navarrete-Opazo A., Mitchell G.S. Therapeutic potential of intermittent hypoxia: a matter of dose. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2014; 307: 1181–1197. DOI:10.1152/ajpregu.00208.2014.

  11. Аронов Д.М., Лупанов В.П. Функциональные пробы в кардиологии. М.: МЕДпресс-информ; 2003. 296.

  12. Michaelides A.P., Tousoulis D., Raftopoulos L.G., Antoniades C., Tsiachris D., Stefanadis C.I. The impact of novel exercise criteria and indices for the diagnostic and prognostic ability of exercise testing. Inter. J. Cardiol. 2010; 143: 119–123.

  13. Салтыкова М.М., Миллер Т.Ф., Боровик А.С., Попов Д.В., Виноградова О.Л. Изменения амплитуды зубцов комплекса QRS на ЭКГ и легочной вентиляции при нагрузочном тестировании практически здоровых лиц. Функциональная диагностика. 2013; 1: 32–38.

  14. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. М.: Книга по требованию; 2014. 295.

  15. Прекина В.И., Чернова И.Ю., Есина М.В., Ефремова О.Н. Анализ интервала QT у больных с ишемическим инсультом. Практическая медицина. 2019; 17 (2): 80–83.

  16. Осипов B.H., Xазова E.B., Ослопова Ю.В., Булашова О.В., Кривоносова С.Ш., Марданова Н.Ф., Ханафиева А.Л., Ослопова Д.В. Стресс-индуцированная неишемическая кардиомиопатия (синдром «такоцубо») – общность происхождения и неоднородность проявлений. Клиническое наблюдение. Практическая медицина. 2019; 17 (2): 145–152.

  17. Бочаров М.И., Шилов А.С. Организация биоэлектрических процессов сердца при разной степени острой нормобарической гипоксии у здоровых людей. Экология человека. 2020; 12: 28–36.

  18. Лукьянова Л.Д. Сигнальные механизмы гипоксии: монография. М.: РАН; 2019. 215.

  19. Турбасов В.Д., Артамонова Н.П., Нечаева Э.И. Оценка биоэлектрической активности сердца в условиях антиортостатической гипокинезии с использованием общепринятых и корригированных ортогональных отведений ЭКГ. Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1990; 24 (1): 42–44.

  20. Ахундов Р.А., Ахундова Х.Р. Энергетические механизмы окислительного стресса, эндогенная и экзогенная гипоксия. Биомедицина. 2009; 3: 3–9.

Поступила в редакцию 06.07.2021; принята 09.10.2021.

 

Авторский коллектив

Бочаров Михаил Иванович – доктор биологических наук, профессор, старший научный сотрудник отдела сравнительной кардиологии ФГБУН ФИЦ «Коми научный центр Уральского отделения РАН». 167982, Россия, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 24; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0001-6918-5523

Шилов Александр Сергеевич – кандидат биологических наук, научный сотрудник отдела сравнительной кардиологии ФГБУН ФИЦ «Коми научный центр Уральского отделения РАН». 167982, Россия, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 24; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-0520-581X

 

Образец цитирования

Бочаров М.И., Шилов А.С. Критерии прогноза биоэлектрических процессов сердца человека при разной степени острой гипоксии. Ульяновский медико-биологический журнал. 2021; 4: 132–142. DOI: 10.34014/2227-1848-2021-4-132-142.