0
2013
Impact Factor

    Estimation of synchronization of contours of vegetative regulation of circulation from long time records

    2018, Vol. 14, no. 1, pp.  3-12

    Author(s): Skazkina V., Kiselev A. R., Borovkova  E. I., Ponomarenko V. I., Prokhorov M. D., Karavaev A. S.

    The previously proposed method for quantifying the degree of synchronization between circulatory regulation loops is used to analyze the time realizations of healthy subjects. Statistical properties of the index are studied in the analysis of two-hour records of experimental signals. In the course of this work, we investigated the properties of the estimation of the degree of synchronization using temporal realizations with different length, and we investigated the features of synchronization between the control loops under study at a time equal to hundreds of characteristic periods.
    Keywords: phase synchronization, autonomic regulation, self-oscillatory circuit, cardiovascular system, data analysis
    Citation: Skazkina V., Kiselev A. R., Borovkova E. I., Ponomarenko V. I., Prokhorov M. D., Karavaev A. S., Estimation of synchronization of contours of vegetative regulation of circulation from long time records, Rus. J. Nonlin. Dyn., 2018, Vol. 14, no. 1, pp.  3-12
    DOI:10.20537/nd1801001


    Download File
    PDF, 371.84 Kb

    References

    [1] Баевский Р. М., Берсенева А. П., Введение в донозологическую диагностику, Слово, Москва, 2008, 174 с. [Baevsky R. M., Berseneva A. P., Introduction in prenosological diagnostics, Slovo, Moscow, 2008 (Russian)]
    [2] 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 А. В., Федоров В. Ф., Флейшман А. Н., Медведев М. М., “Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (часть 1)”, Вестник аритмологии, 2002, № 24, 65–87 [Bayevsky R. M., Ivanov G. G., Chireykin L. V., Gavrilushkin A. P., Dovgalevsky P. Ya., Kukushkin Yu. A., Mironova T. F., Priluzkiy D. A., Semenov A. V., Fedorov V. F., Fleishman A. N., Medvedev M. M., “HRV analysis under the usage of different electrocardiography systems (part 1)”, Vestn. aritmolog., 2002, no. 24, 65–87 (Russian)]
    [3] Боровкова Е. И., Сказкина В. В., Киселев А. Р., Миронов С. А., Шварц В. А., Попов И. А., Пономаренко В. И., Прохоров М. Д., Бокерия О. Л., Караваев А. С., “Ультранизкочастотная динамика подсистем вегетативной регуляции ритма сердца и сосудистого тонуса у здоровых лиц”, Анналы аритмологии, 14:2 (2017), 114–120  elib [Borovkova E. I., Skazkina V. V., Kiselev A. R., Mironov S. A., Shvartz V. A., Popov I. A., Ponomarenko V. I., Prokhorov M. D., Bockeria O. L., Karavaev A. S., “Ultra-low frequency dynamics of subsystems of autonomic control of heart rate and vascular tone in healthy subjects”, Ann. aritmolog., 14:2 (2017), 114–120 (Russian)]
    [4] Ишбулатов Ю. М., Караваев А. С., Пономаренко В. И., Киселев А. Р., Сергеев С. А., Селезнев Е. П., Безручко Б. П., Прохоров М. Д., “Фазовая синхронизация колебаний контуров вегетативной регуляции кровообращения в математической модели сердечно-сосудистой системы”, Нелинейная динамика, 13:3 (2017), 381–397  mathnet  mathscinet  elib [Ishbulatov J. M., Karavaev A. S., Ponomarenko V. I., Kiselev A. R., Sergeev S. A., Seleznev Y. P., Bezruchko B. P., Prokhorov M. D., “Phase synchronization of elements of autonomic control in mathematical model of cardiovascular system”, Nelin. Dinam., 13:3 (2017), 381–397 (Russian)]
    [5] Киселев А. Р., Гриднев В. И., Караваев А. С., Посненкова О. М., Прохоров М. Д., Пономаренко В. И., Безручко Б. П., “Персонализация подхода к назначению гипотензивной терапии у больных артериальной гипертензией на основе индивидуальных особенностей вегетативной дисфункции сердечно-сосудистой системы”, Артериальная гипертензия, 17:4 (2011), 354–360  elib [Kiselev A. R., Gridnev V. I., Karavaev A. S., Posnenkova O. M., Prochorov M. D., Ponomarenko V. I., Bezruchko B. P., “Individual approach to antihypertensive drug choice in hypertensive patients based on individual features of autonomic cardiovascular dysfunction”, Arterialnaya gipertenziya, 17:4 (2011), 354–360 (Russian)]
    [6] Киселев А. Р., Гриднев В. И., Караваев А. С., Прохоров М. Д., Пономаренко В. И., Посненкова О. М., Боровкова Е. И., Безручко Б. П., “Метод изучения синхронизации 0,1" role="presentation" style="position: relative;">0,1 Гц колебаний в вариабельности ритма сердца и вариабельности кровенаполнения сосудов микроциркуляторного русла”, Функциональная диагностика, 2011, № 4, 28–35  elib [Kiselev A. R., Gridnev V. I., Karavaev A. S., Prokhorov M. D., Ponomarenko V. I., Posnenkova O. M., Borovkova E. I., Bezruchko B. P., “The method of investigation of synchronization between oscillatory processes with the frequency of 0.1 Hz in the human cardiovascular system”, Funktsional. Diagnostika, 2011, no. 4, 28–35 (Russian)]
    [7] Киселев А. Р., Хорев В. С., Гриднев В. И., Прохоров М. Д., Караваев А. С., Посненкова О. М., Пономаренко В. И., Безручко Б. П., Шварц В. А., “Взаимодействие 0.1" role="presentation" style="position: relative;">0.1 Гц колебаний в вариабельности ритма сердца и вариабельности кровенаполнения дистального сосудистого русла”, Физиология человека, 38:3 (2012), 92–99  elib; Kiselev A. R., Gridnev V. I., Posnenkova O. M., Shvartz V. A., Khorev V. S., Karavaev A. S., Bezruchko B. P., Prokhorov M. D., Ponomarenko V. I., “Interaction of 0.1-Hz oscillations in heart rate variability and distal blood flow variability”, Human Physiology, 38:3 (2012), 303–309  crossref  elib  scopus
    [8] Флейшман А. Н., Вариабельность ритма сердца и медленные колебания гемодинамики: Нелинейные феномены в клинической практике, СО РАН, Новосибирск, 2009, 185 с. [Fleishman A. N., Heart rate variability and slow fluctuations in hemodynamics: nonlinear phenomena in clinical practice, SO RAN, Novosibirsk, 2009 (Russian)]
    [9] Allen J., “Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement”, Physiol. Meas., 28:3 (2007), R1–R39  crossref  scopus
    [10] Barahona M., Poon C.-S., “Detection of nonlinear dynamics in short, noisy time series”, Nature, 381:6579 (1996), 215–217  crossref  adsnasa  scopus
    [11] Cavalcanti S., Belardinelli E., “Modeling of cardiovascular variability using a differential delay equation”, IEEE Trans. Biomed. Eng., 43:10 (1996), 982–989  crossref  scopus
    [12] Denton T. A., Diamond G. A., Helfant R. H., Khan S., Karagueuzian H., “Fascinating rhythm: A primer on chaos theory and its application to cardiology”, Am. Heart J., 120:6, part 1 (1990), 1419–1440  crossref  scopus
    [13] Dewey T. G., Fractals in molecular biophysics, Oxford Univ. Press, New York, 1998, 288 pp.  mathscinet
    [14] Elbert T., Ray W. J., Kowalik Z., Skinner J., Graf K. E., Birbaumer N., “Chaos and physiology: Deterministic chaos in excitable cell assemblies”, Physiol. Rev., 74:1 (1994), 1–47  crossref  mathscinet  scopus
    [15] Glass L., McKey M. C., From clocks to chaos: The rhythms of life, Princeton Univ. Press, Princeton, 1988, 248 pp.  mathscinet  zmath
    [16] Goldberger A. L., “Nonlinear dynamics for clinicians: Chaos theory, fractals, and complexity at the bedside”, Lancet, 347(9011) (1996), 1312–1314  crossref  scopus
    [17] Goldberger A. L., Rigney D. R., West B. J., “Chaos and fractals in human physiology”, Sci. Am., 262:2 (1990), 42–49  crossref  scopus
    [18] Guevara M. R., Glass L., Shrier A., “Phase locking, period doubling bifurcations and irregular dynamics in periodically stimulated cardiac cells”, Science, 214:4527 (1981), 1350–1353  crossref  mathscinet  adsnasa  scopus
    [19] “Heart rate variability: Standards of measurement, physiological interpretation and clinical use. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing Electrophysiology”, Circulation, 93:5 (1996), 1043–1065  crossref
    [20] Ivanov P. C., Amaral L. A. N., Goldberger A. L., Havlin S., Rosenblum M. G., Struzik Z. R., Stanley H. E., “Multifractality in human heartbeat dynamics”, Nature, 399:6735 (1999), 461–465  crossref  adsnasa  scopus
    [21] Karavaev A. S., Ishbulatov Yu. M., Ponomarenko V. I., Prokhorov M. D., Gridnev V. I., Bezruchko B. P., Kiselev A. R., “Model of human cardiovascular system with a loop of autonomic regulation of the mean arterial pressure”, J. Am. Soc. Hypertens., 10:3 (2016), 235–243  crossref  elib  scopus
    [22] Karavaev A. S., Prokhorov M. D., Ponomarenko V. I., Kiselev A. R., Gridnev V. I., Ruban E. I., Bezruchko B. P., “Synchronization of low-frequency oscillations in the human cardiovascular system”, Chaos, 19:3 (2009), 033112, 7 pp.  crossref  adsnasa  elib  scopus
    [23] Kiselev A. R., Gridnev V. I., Prokhorov M. D., Karavaev A. S., Posnenkova O. M., Ponomarenko V. I., Bezruchko B. P., Shvartz V. A., “Evaluation of five-year risk of cardiovascular events in patients after acute myocardial infarction using synchronization of 0.1" role="presentation" style="position: relative;">0.1 Hz rhythms in cardiovascular system”, Ann. Noninvasive Electrocardiol., 17:3 (2012), 204–213  crossref  elib  scopus
    [24] Kiselev A. R., Gridnev V. I., Prokhorov M. D., Karavaev A. S., Posnenkova O. M., Ponomarenko V. I., Bezruchko B. P., “Selection of optimal dose of beta-blocker treatment in myocardial infarction patients basing on changes in synchronization between 0.1" role="presentation" style="position: relative;">0.1 Hz oscillations in heart rate and peripheral microcirculation”, J. Cardiovasc. Med., 13:8 (2012), 491–498  crossref  elib  scopus
    [25] Kiselev A. R., Karavaev A. S., Gridnev V. I., Prokhorov M. D., Ponomarenko V. I., Borovkova E. I., Shvartz V. A., Ishbulatov Yu. M., Posnenkova O. M., Bezruchko B. P., “Method of estimation of synchronization strength between low-frequency oscillations in heart rate variability and photoplethysmographic waveform variability”, Russian Open Medical J., 5:1 (2016), e0101.  crossref  elib  scopus
    [26] Kiselev A. R., Gridnev V. I., Karavaev A. S., Posnenkova O. M., Prokhorov M. D., Ponomarenko V. I., Bezruchko B. P., “The dynamics of 0.1" role="presentation" style="position: relative;">0.1 Hz oscillations synchronization in cardiovascular system during the treatment of acute myocardial infarction patients”, Appl. Medical Inf., 28:1 (2011), 1–8  mathscinet  elib
    [27] Kiselev A. R., Gridnev V. I., Prokhorov M. D., Karavaev A. S., Posnenkova O. M., Ponomarenko V. I., Bezruchko B. P., “Effects of antihypertensive treatment on cardiovascular autonomic control: A prospective study”, Anatol. J. Cardiol., 14:8 (2014), 701–710  crossref  scopus
    [28] Kiselev A. R., Mironov S. A., Karavaev A. S., Kulminskiy D. D., Skazkina V. V., Borovkova E. I., Shvartz V. A., Роnomarenko V. I., Prokhorov M. D., “A comprehensive assessment of cardiovascular autonomic control using photoplethysmograms recorded from earlobe and fingers”, Physiol. Meas., 37:4 (2016), 580–595  crossref  elib  scopus
    [29] Kiselev A. R., Shvartz V. A., Karavaev A. S., Mironov S. A., Ponomarenko V. I., Gridnev V. I., Prokhorov M. D., “Correlations between cardiovascular autonomic control indices during the two-hour immobilization test in healthy subjects”, Open Cardiovasc. Med. J., 10 (2016), 35–43  crossref  elib  scopus
    [30] Ponomarenko V. I., Prokhorov M. D., Karavaev A. S., Kiselev A. R., Gridnev V. I., Bezruchko B. P., “Synchronization of low-frequency oscillations in the cardiovascular system: Application to medical diagnostics and treatment”, Eur. Phys. J. Special Topics, 222:10 (2013), 2687–2696  crossref  adsnasa  scopus
    [31] Pool R., “Is it healthy to be chaotic?”, Science, 243:4891 (1989), 604–607  crossref  adsnasa  scopus
    [32] Poon C. S., Merrill C. K., “Decrease of cardiac chaos in congestive heart failure”, Nature, 389:6650 (1997), 492–495  crossref  adsnasa  scopus
    [33] Rosenblum M. G., Kurths J., Pikovsky A., Scaefer C., Tass P., Abel H. H., “Synchronization in noisy systems and cardiorespiratory interaction”, IEEE Eng. Med. Biol. Mag., 17:6 (1998), 46–53  crossref  scopus
    [34] Skinner J. E., Goldberger A. L., Mayer-Kress G., Ideker R. E., “Chaos in the heart: Implications for clinical cardiology”, Biotechnology, 8 (1990), 1018–1024
    [35] Vielle B., “Mathematical analysis of Mayer waves”, J. Math. Biol., 50:5 (2005), 595–606  crossref  mathscinet  zmath  scopus



    Creative Commons License
    This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported License