способ коррекции функционального состояния человека

Формула изобретения

Способ функциональной коррекции состояния человека, включающий регистрацию и анализ кардиоинтервалограммы пациента в реальном времени и синхронизацию дыхательных движений с колебаниями собственного сердечного ритма: вдох осуществляется при регистрации максимума кардиоинтервалограммы, а выдох осуществляется при регистрации минимума кардиоинтервалограммы, отличающийся тем, что команды вдоха-выдоха человеку формирует микроконтроллер на основе анализа текущей кардиоинтервалограммы, причем команда на вдох выдается микроконтроллером при регистрации максимума кардиоинтервалограммы и при условии окончания временного интервала блокировки анализа, в течение которого микроконтроллер не выдает команды даже при наличии экстремума, а команда на выдох выдается при регистрации минимума кардиоинтервалограммы и при условии окончания временного интервала блокировки анализа, причем временной интервал блокировки анализа начинается во время команды вдоха с длительностью три кардиоцикла или выдоха с длительностью один кардиоцикл.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к физиологии и терапии, и может быть использовано в системах диагностики и коррекции функционального состояния человека.

Известен «Способ функциональной психофизиологической коррекции состояния человека и диагностики в процессе коррекции» (патент РФ №2221477), сущность которого заключается в визуальном представлении пациенту его собственной кардиоритмограммы (кардиоинтервалограммы) в реальном времени, при этом пациент анализирует свою кардиоритмограмму и синхронизирует свои дыхательные движения с колебаниями собственного сердечного ритма: при повышении частоты сердечных сокращений осуществляет вдох, а при снижении частоты сердечных сокращений - выдох. Такая кардиореспираторная синхронизация (тренинг с биологической обратной связью (БОС) кардиореспираторной системы, кардиореспираторный БОС-тренинг) стимулирует блуждающий нерв, приводит к релаксации пациента. Недостатком способа является активная вовлеченность в анализ кардиоритмограммы пациента, что снижает степень его релаксации. Вторым недостатком является привязанность пациента (испытуемого) к монитору, что накладывает ограничения на условия проведения сеансов биологической обратной связи и затрудняет или даже делает невозможным сочетание сеансов биологической обратной связи с другими видами активной нагрузки на организм (физической, психологической и др.).

Задачей изобретения является повышение эффективности воздействия на вегетативную нервную систему человека способами кардиореспираторной синхронизации с организацией биологической обратной связи путем исключения дополнительной психологической нагрузки на пациента в виде анализа собственной кардиоинтервалограммы, а также повышение мобильности всего комплекса кардиореспираторной синхронизации для сочетания сеансов биологической обратной связи с другими видами активной нагрузки на организм путем исключения обязательной визуальной связи пациента с комплексом.

Сущность изобретения заключается в коррекции функционального состояния человека посредством ввода в цепь биологической обратной связи микрокомпьютерного регистратора-анализатора, который анализирует кардиоинтервалограмму и в оптимальные моменты времени формирует управляющие команды на вдох-выдох, которым подчиняется пациент.

На фиг.1 представлена структурная схема комплекса кардиореспираторной синхронизации; на фиг.2 представлена кардиоинтервалограмма с запоздалой реакцией частоты сердечных соеращений (ЧСС) на вдох (с «парадоксальной» реакцией); на фиг.3 представлена блок-схема алгоритма подпрограммы, обеспечивающей анализ кардиоинтервалограммы и формирование управляющих сигналов; на фиг.4 представлено сравнение реальных графиков кардиоинтервалограммы во время проведения сеанса кардиореспираторного БОС-тренинга предлагаемым способом и способом, предложенным в прототипе, у одного и того же человека; на фиг.5 показана кардиоинтервалограмма во время проведения сеанса кардиореспираторного БОС-тренинга предлагаемым способом в сочетании с равномерной нагрузкой на велоэргометре. На фиг.6 представлена кардиоинтервалограмма при совмещении сеансов кардиореспираторного БОС-тренинга с ортостатической пробой.

Способ осуществляется следующим образом. На человека 1 накладывают электроды 2 микрокомпьютерного регистратора-анализатора. Потенциалы электрокардиограммы усиливаются усилителем биопотенциалов 3, фильтруются от помех блоком фильтров 4 и поступают на аналоговый вход микроконтроллера 5, программа которого позволяет оцифровывать сигнал, выделять RR-интервалы, затем их регистрировать в памяти (блок 7, фиг.1), анализировать и, в результате анализа, формировать управляющие сигналы на вдох-выдох, которые поступают на блок выдачи команд (блок 6, фиг.1). Блок выдачи команд воздействует на органы слуха, и(или) зрения, и(или) осязания человека, т.е. выдает команды в звуковом, и(или) визуальном, и(или) тактильном виде. Человек подчиняется командам и совершает дыхательные движения, которые обратно воздействуют на RR-интервалы (частоту сердечных сокращений), т.е. цепь биологической обратной связи замыкается. Для достижения максимальной релаксации рекомендуется поза лежа и(или) с закрытыми глазами.

Как известно, при вдохе RR-интервалы укорачиваются относительно исходного уровня (частота сердечных сокращений увеличивается), а при выдохе RR-интервалы удлиняются относительно исходного уровня (частота сердечных сокращений уменьшается). Процесс монотонного уменьшения RR-интервалов на вдохе у большинства здоровых людей длится примерно 4-7 секунд, а затем, даже при продолжающемся вдохе, RR-интервалы начинают увеличиваться. Процесс монотонного увеличения RR-интервалов на выдохе у большинства здоровых людей длится примерно 3-5 секунд (и происходит, как правило, быстрее процесса монотонного уменьшения RR-интервалов), а затем, даже при продолжающемся выдохе, RR-интервалы начинают уменьшаться. Если в момент перехода через максимум кардиоинтервалограммы изменить фазу дыхания, то наступит кардиореспираторная синхронизация (явление функционального резонанса кардиореспираторной системы [1]) с максимальной стимуляцией блуждающего нерва и релаксацией пациента. На этом явлении основана работа выбранного прототипа, а также целый ряд других подобных методик [2, 3]. Однако организация биологической обратной связи в этих способах подразумевает активную вовлеченность в анализ кардиоритмограммы пациента, что снижает степень его релаксации, а также формирует привязанность пациента (испытуемого) к монитору, а это накладывает ограничения на условия проведения сеансов биологической обратной связи. Устранить эти недостатки возможно вводом в цепь биологической обратной связи микрокомпьютерного регистратора-анализатора, который анализирует кардиоинтервалограмму и в оптимальные моменты времени формирует управляющие команды на вдох-выдох, которым подчиняется пациент.

Практические испытания способа организации биологической обратной связи с анализом кардиоинтервалограммы пациента микрокомпьютерным регистратором-анализатором в реальном времени показали, что в ряде случаев характер изменения RR-интервалов при вдохе и выдохе не подчиняется выше сформулированному правилу и происходит обратная («парадоксальная») реакция, в частности у некоторых людей наблюдалась запоздалая реакция учащения (урежения) ритма сердца на вдох (выдох), что приводило к появлению вслед за одним экстремумом других экстремумов, непосредственно не связанных с явлением кардиореспираторной синхронизации (функционального резонанса), а зависящих от индивидуальных особенностей реакции ритма сердца на дыхательные движения. Из-за этого микрокомпьютерный регистратор-анализатор выдавал неверные команды. Для ликвидации этого негативного эффекта был введен сразу за выданной командой интервал блокировки анализа, во время которого наличие экстремума не приводит к выдаче управляющей команды. Длительность интервала блокировки целесообразно брать равным трем кардиоциклам после команды вдоха и одному кардиоциклу после команды выдоха. Это значение является компромиссом между ошибками первого и второго рода, то есть между пропуском экстремума, обусловленного резонансными свойствами кардиореспираторной системы и ложными срабатываниям анализатора экстремумов. Различие длительности этих двух интервалов блокировки обусловлено разной скоростью процессов увеличения и уменьшения RR-интервалов (фиг.2).

Блок-схема алгоритма подпрограммы микроконтроллера, обеспечивающей анализ кардиоинтервалограммы и формирование управляющих сигналов с учетом интервала блокировки, представлена на фиг.3.

На фиг.4 представлено сравнение кардиоинтервалограмм, полученных у одного и того же человека в одинаковых условиях способом, описанном в прототипе (слева на фиг.4) и предлагаемым способом (справа на фиг.4). По субъективным ощущениям глубина релаксации при организации биологической обратной связи предлагаемым способом выше, чем при организации биологической обратной связи способом-прототипом. По объективным данным при кардиореспираторной синхронизации способом-прототипом усредненные RR-интервалы удлинились с 0,75 до 0,87 с (ЧСС соответственно уменьшилась с 80 до 69 уд./мин), а при кардиореспираторной синхронизации предлагаемым способом усредненные RR-интервалы удлинились с 0,76 до 1,05 с (ЧСС соответственно уменьшилась с 79 до 57 уд./мин), что отражает большую релаксацию пациента и большую стимуляцию блуждающего нерва предлагаемым способом по сравнению с прототипом. Подобные результаты получены и у других испытуемых.

Человеку в предлагаемом способе организации биологической обратной связи отводится пассивная роль, т.е. человек просто подчиняется командам микрокомпьютерного регистратора-анализатора, причем визуальная связь с техническими устройствами не обязательна, достаточна звуковая связь. Это позволяет совместить сеансы биологической обратной связи с другими видами активной нагрузки на организм (физической, психологической и др.). На фиг.5 представлен пример кардиоинтервалограммы при совмещении сеансов кардиореспираторного БОС-тренинга предлагаемым способом с равномерной нагрузкой на велоэргометре, а на фиг.6 представлена кардиоинтервалограмма при совмещении сеансов кардиореспираторного БОС-тренинга с ортостатической пробой.

Таким образом, ввод в цепь биологической обратной связи микрокомпьютерного регистратора-анализатора, который анализирует кардиоинтервалограмму и в оптимальные моменты времени формирует управляющие команды на вдох-выдох, которым подчиняется пациент, исключает дополнительную психологическую нагрузку на пациента в виде анализа собственной кардиоинтервалограммы, а также исключает обязательную визуальную связь пациента с техническими устройствами, что позволяет добиться большей релаксации пациента, повысить эффективность воздействия на вегетативную нервную систему человека способами кардиореспираторной синхронизации с организацией биологической обратной связи, а также повысить мобильность всего комплекса кардиореспираторной синхронизации для сочетания сеансов биологической обратной связи с другими видами активной нагрузки на организм. Ввод в подпрограмму анализа экстремумов интервалов блокировки анализа позволяет учитывать возможность индивидуальной реакции учащения (урежения) ритма сердца на вдох (выдох) с появлением вслед за одним экстремумом кардиоинтервалограммы других экстремумов, непосредственно не связанных с явлением кардиореспираторной синхронизации (функционального резонанса) и являющихся в данном случае шумом.

Источники информации

1. Ващилло Е.Г., Зингерман А.М, Константинов М.А. Исследование резонансных характеристик сердечно-сосудистой системы. //Физиология человека, 1983. Т.9, №2. С.257-265.

2. Патент РФ №2190952. Способ лечения опийной зависимости, отягощенной нейроциркуляторной дистонией, у подростков в остром периоде / Яковлев Н.М., Сметанкин А.А. Опубл. 2002.10.20.

3. Авт. св. СССР №1745200. Способ функциональной коррекции артериального давления/ Гондарева Л.Н., Василевский Н.Н., Сейсембеков Т.З. и др., Опубл. 1992.07.07.