Новые методы быстрой диагностики состояния вегетативной нервной системы у детей с аллергическими заболеваниями

Язык труда и переводы:
УДК:
616008.3.5
Дата публикации:
08 ноября 2022, 17:03
Категория:
Перспективные направления исследования необратимых физических процессов
Авторы
Бережанский Павел Вячеславович
ГБУЗ «Морозовская ДГКБ ДЗМ», МГТУ им. Н.Э. Баумана
Турчанинов Сергей Олегович
АО «Центр прикладной физики МГТУ им. Н.Э. Баумана»
Аннотация:
Рассмотрены новые методы быстрой диагностики состояния вегетативной нервной системы у детей с аллергическими заболеваниями. Предложено сочетать скрининговые методы определения статистических характеристик вариабельности сердечного ритма с системами мониторинга, использующими машинное обучение и учитывающими индивидуальные особенности детей. Непрерывный мониторинг с машинным обучением дает клинически достоверные наборы данных, которые позволяют автоматически обнаруживать и предупреждать угрожающие состояния.
Ключевые слова:
аллергические заболевания детей, вегетативная нервная система, вариабельность сердечного ритма, аллергический ринит, машинное обучение.
Основной текст труда

Актуальность

Известно, что высшая нервная система посредством нейровегетативного взаимодействия обеспечивает полное структурное и функциональное единство всех звеньев патогенеза заболеваний, в том числе и при аллергических заболеваниях (АЗ) [1]. В связи с этим одной из главных причин системных изменений при аллергических заболеваниях (АЗ) принадлежит нарушению нейрорегуляторных механизмов, что на сегодняшний день не подвергается сомнению. Нарушению вегетативной регуляции в патогенезе АЗ придается большое значение.

В своих научных исследованиях M. Ozsutcu et al. отметили, что взаимосвязь аллергических заболеваний с дисфункцией вегетативной нервной системы (ВНС) значительно теснее, чем в настоящее время отмечают многие исследователи [2].

Многочисленные исследования показывают, что спектральный анализ сердечного ритма (анализ вариабельности сердечного ритма — ВСР) позволяет косвенно судить о состоянии надсегментарных структур мозга [3].

Вегетативными дисфункциями страдают до 90 % детей с АЗ. Анализ ВСР может использоваться в качестве скринингового метода для оценки эффективности многих терапевтических моделей. Индекс активности регуляторных систем (ПАРС), предложенный Р.М. Баевским, может быть использован в качестве интегрального показателя функционального напряжения вегетативной нервной системы у больных с АЗ [4].

K.A. Rimes et al. в своем исследовании определили, что подростки с АЗ респираторного тракта имеют изначально более высокий показатель LF/HF при оценке ВСР. И при стрессе или обострении заболевания все показатели ВСР восстанавливаются до исходного уровня более медленно, чем в группе здоровых лиц [5].

В своей работе Kim M.H. et al. провели исследование взаимосвязи параметров ВСР с длительностью и тяжестью заболевания при АР. В результате оценки ВСР получено, что высокочастотный компонент (HF) и нормализованный высокочастотный компонент (NHF) были значительно выше в группе с легким и интермиттирующим течением АР, чем в контрольной группе, тогда как нормализованный низкочастотный компонент (NLF) и отношение LF к HF (LF/HF) были значительно ниже в группах с интермиттирующим течением АР, чем в контрольной группе. Кроме того, NLF был значительно выше в группе с тяжелым течение АР, чем в группе с интермиттирующим течением. HF и NHF были значительно выше в группе с легким течением АР, чем в контрольной группе, тогда как NLF и LF/HF были значительно ниже в группе с легким течением АР, чем в контрольной группе. Общий носовой симптом и оценки зуда носа были отрицательно коррелированы с NHF.  Результаты исследования говорят о том, что лица с легким и интермиттирующим течением АР имеют гиперпарасимпатическую и гипосимпатическую активность, но у лиц с тяжелым течением АР данные преобладания парасимпатической над симпатической системой уменьшаются [6].

Группа ученых под руководством O. Emin выявили, что более низкие интервалы сердечного ритма и длительные латентные проявления симпатического кожного ответа у детей с АР тесно коррелировали с тяжестью заболевания ( R=-0,65,P<0,05 и r=-0,59,P<0,05 соответственно). Авторы предлагают использовать оценку ВСР для оценки тяжести течения АР у детей [7].

Состояние физиологической нормы индивидуально и меняется со временем, оно зависит от возраста, состояния здоровья, стресса и др. Поэтому необходим непрерывный мониторинг параметров организма и адекватное реагирование в реальном времени. Задачу поиска и обработки информативных сигналов и многочисленных признаков для быстрой диагностики позволяют решать методы машинного обучения. Большие перспективы практического применения методов машинного обучения в клинической практике открываются для носимых устройств мониторинга с адаптивными методами, позволяющими оптимизировать параметры систем выявления искажений в зависимости от индивидуальных особенностей. Непрерывный мониторинг с машинным обучением дает клинически достоверные наборы данных, которые позволят автоматически обнаруживать и предупреждать угрожающие состояния.

Материалы и результаты исследования

В условиях поликлиники было обследовано 41 ребенок с АЗ — аллергическим ринитом (1-я группа) и 25 практически здоровых детей в возрасте от 5 до 9 лет (основная группа). У всех детей с АЗ выявлено незначительное повышение спектра высокочастотного компонента, отражающего парасимпатическую активность, в то же время отмечено снижение спектра низкочастотного компонента вариабельности, отражающего уровень активности вазомоторного центра ( p>0,05 ) и напряженности регуляторных систем (рис. 1 и 2).

При проведении оценки результатов вариабельности сердечного ритма у детей с АЗ выявлены достоверные изменения, по сравнению со здоровыми детьми, в частности, показатель, отражающий долговременные компоненты и циркадные ритмы (SDNN) был наиболее высоким в 1-й группе (45,1\pm 3,1) , по сравнению с детьми из основной группы (32,4\pm 2,3,p<0,05) , показатель RMSSD, отражающий активность парасимпатического звена, был более повышен у детей из 1-й группы ( 48,7\pm 3,3 ) по сравнению с детьми основной группы ( 31,2\pm 4,2 ).

У всех детей с АЗ отмечалось незначительное снижение спектра низкочастотных (LF) и повышение высокочастотных (HF) компонентов p>0,05 , но при этом соотношение LF/HF имело четкую тенденцию к снижению в 1-й группе  (2,3\pm 0,6) , по отношению к основной группе  (3,9\pm 0,7,p<0,05) .

Определение показателя IS (индекс стресса), который определяет степень доминирования центральных механизмов регуляции над автономными, выявило резкое снижение данного показателя в 1-й группе (201,2\pm 24,2) по сравнению с основной группой   (286,1\pm 29,2,p<0,05) .

Рис. 1. Спектральный анализ ребенка с АЗ
Рис. 2. Спектральный анализ здорового ребенка

Новый взгляд, новые данные требуют дальнейшего исследования в указанном направлении, пересмотра клинических рекомендаций и методических указаний, а также определяют ряд возможностей, которые нужно учитывать, раскрывают новые горизонты в фармакологическом, диагностическом направлении.

Выводы

Для быстрой диагностики состояния вегетативной нервной системы у детей с АЗ предлагается сочетать скрининговые методы определения статистических характеристик вариабельности сердечного ритма с системами мониторинга, использующими машинное обучение и учитывающими индивидуальные особенности детей.

Грант
Работа выполнена в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 13 мая 2021 г. № 729.
Литература
  1. Undem B.J., Taylor-Clark T. Mechanisms underlying the neuronal-based symptoms of allergy. The Journal of Allergy and Clinical Immunology, 2014, vol. 6, pp. 1521–1534. DOI: https:doi.org/10.1016/j.jaci.2013.11.027
  2. Ozsutcu M., Ozkaya E., Demir A., Erenberk U., Sogut A., Dundaroz R. Pupillometric assessment of autonomic nervous system in children with allergic rhinitis. Med Princ Pract, 2013, vol. 22 (5), pp. 444–448. DOI: https://doi.org/10.1159/000350292
  3. Баевский P. M. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (методические рекомендации). Вестник Aритмологиии, 2001, № 24, с. 65–87.
  4. Milagro J., Gil E., Lazaro J., Seppa V.P., Malmberg L.P., Pelkonen A.S., Kotaniemi-Syrjanen A., Makela M.J., Viik J., Bailon R. Nocturnal heart rate variability spectrum characterization in preschool children with asthmatic symptoms. IEEE J Biomed Health Inform, 2018, vol. 22 (5), pp. 1332–1340. DOI: https://doi.org/10.1109/JBHI.2017.2775059
  5. Rimes K.A., Lievesley K., Chalder T. Stress vulnerability in adolescents with chronic fatigue syndrome: experimental study investigating heart rate variability and skin conductance responses. J Child Psychol Psychiatry, 2017, vol. 58 (7), pp. 851–858. DOI: https://doi.org/10.1111/jcpp.12711
  6. Kim M.H., Choi E.J., Jang B.H., Kim K.S., Ko S.G., Choi I. Autonomic function in adults with allergic rhinitis and its association with disease severity and duration. Ann Allergy Asthma Immunol. 2017, vol. 118 (2), pp. 174–178. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anai.2016.11.012
  7. Jerling M., Cygankiewicz I., Al-Tawil N., Darpo B., Ljungström A., Zareba W. Effects of intranasal kinetic oscillation stimulation on heart rate variability. Ann Noninvasive Electrocardiol, 2018, vol. 23 (1), pp. 68–74. DOI: https://doi.org/10.1111/anec.12474
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.