The cardiovascular system (CVS) is

The cardiovascular system (CVS) is complex and spatially distributed. The many connections between the system’s components enable efficient regulation of blood flow through a closed system of vessels.

How do we approach the understanding of this complex system? Basically, there are two ways: a microscopic and a macroscopic approach. In the microscopic approach, one tries to analyze the function of each part of the system in great detail. The macroscopic approach, on the other hand, is interested in the collective behavior of all parts. Both approaches are necessary to gain a complete understanding, and the problem is where to start. Microscopic analysis of large complex systems inevitably results in a large system of differential equations. However, there are cases when a system that looks very complicated on the microscopic level exhibits rather simple macroscopic behavior [1], [2].

We show that the CVS is an example of such system. In the next section, we introduce the coupled nonlinear oscillators approach, the framework that we use for our studies of cardiovascular and brain oscillations. As background, we describe the human CVS and present results of time-frequency analysis using wavelet transforms of several noninvasive measurements of cardiovascular signals. Studies of neuronal oscillations have been undertaken since the first human electroencephalographic (EEG) recording, and the recent resurgence of interest in neuronal oscillations has led to an enhanced appreciation of their likely importance and to “the tantalizing conjecture that perception, memory and even consciousness could result from the synchronization of neuronal networks” [3]. The frequency scales for the neuronal oscillations, as presently revised, are presented in the “Neuronal Oscillations” section. Recently, new studies have been initiated to determine the interactions between the cardiovascular oscillations and some of the brain waves [4]. This work is reviewed in the penultimate section, and causal relations between the cardio, respiratory, and brain waves are discussed with a special emphasis on detection of the depth of anesthesia. The final section looks forward to the future and enumerates some of the open questions.

Go to:
Coupled Oscillators
The coupled nonlinear oscillators approach is marked by two major milestones: the introduction of the entrainment of collective oscillators by Winfree [5] and its analysis using the phase dynamics approach of Kuramoto [6]. Phase dynamics is obtained by reducing the number of degrees of freedom of the original dynamical system. The original dynamics should be perturbed weakly by noise, an external force, or coupling to dynamics with a limit-cycle orbit. The latter applies to a dissipative system, and the form of the phase dynamics is not dependent on the form of the original models. The work of Winfree [5] and Kuramoto [6] further motivated the introduction of the theory of phase synchronization, facilitating studies of the interactions between coupled nonlinear and chaotic oscillators [7]. Coupled oscillators were proposed as a possible description of the dynamics of the CVS [8], [9], and synchronization and modulation between cardiac and respiratory oscillations were examined with particular care [10]-[​12]. The emerging picture motivated additional studies, and methods for analysis of the direction of coupling among interacting oscillatory processes have recently been proposed (see [13] and the references therein).

Go to:
Cardiovascular Oscillations
The System

The CVS, which consists of the heart and blood vessels, has one major function—transport. The total volume of blood circulates along the CVS in one minute on average. The circulatory system can be divided into two parts: the pulmonary circulation, which moves blood through the lungs for exchange of oxygen and carbon dioxide, and the systemic circulation, which supplies all other tissues (Figure 1). The systolic and diastolic blood pressures have long been known to differ between the arterial and venous parts and between the systemic and pulmonary circulation [14].

Fig. 1
Fig. 1
The pulmonary and systemic circulation and the pressure distribution (modified from Folkow and Neil [14]). The maximum is known as the systolic and the minimum as the diastolic pressure. In addition, on the basis of recent measurements and analysis, the ...
Observed on the macroscopic level, the heart acts as a pump that drives the blood through a closed circuit of elastic vessels. The respiratory activity is a generator of pressure that assists in the return of blood to the heart. The flow of blood also depends on the resistance of the vessels that is controlled by adjustment of their diameters. Consequently, the power of cardiac oscillations dominates the aortic flow and is significantly decreased in blood flow through the capillaries.

Oscillations

Time-frequency analysis of signals derived from respiration, cardiac function, and blood flow revealed the existence of five almost periodic frequency components in the frequency interval 0.0095–2.0 Hz [9], [15]. Recently, a sixth oscillatory component was identified in the interval 0.005–0.0095 Hz [16]. The frequency intervals are summarized in Figure 2.

Fig. 2
Fig. 2
The characteristic frequencies of cardiovascular oscillations in humans in the frequency interval from 0.005 to 2 Hz as defined or used in [9] and [15]-[​21].
The cardiac and respiratory oscillations have frequencies of around 1.0 and 0.3 Hz, respectively. They originate centrally and are propagated through the system. In contrast, the low-frequency oscillations involved in the regulation of the vessels’ resistance are generated locally. However, it is the continuous circulation of blood through the system of closed tubes that coordinates the local oscillatory activity of each individual mechanism and evidently synchronizes it for much of the time. Hence, each physiological mechanism manifests as a single almost periodic process that we can observe at the macroscopic level. Consequently, the peaks in the low-frequency interval are broadened and can be best distinguished using logarithmic frequency resolution.

The physiological origin of the low-frequency oscillations has been investigated using laser Doppler flowmetry (LDF). The oscillations at around 0.1, 0.04, 0.01, and 0.007 Hz, respectively, have thus been associated with the intrinsic myogenic activity of vascular smooth muscle, the neurogenic activity of the vessel wall, and two different mechanisms of vascular endothelial function [17], [18]. Nitric oxide and endothelium-derived hyperpolarizing factors are hypothesized to be involved in the oscillations near 0.01 and 0.007 Hz [16]; however, the precise mechanisms giving rise to them need to be further elucidated.

These results suggest that the CVS as a whole, including the microcirculation, can usefully be treated as a single entity. In terms of frequencies, it is irrelevant at which point we observe the system or which function we choose to measure: each regulatory mechanism is reflected on every site, and can be detected in each cardiovascular function; however, its amplitude may differ with respect to the function and the site of observation (see Figure 1). Moreover, the characteristic frequencies of the oscillatory components are shown to be confined to the same intervals in resting healthy subjects as in resting subjects with cardiovascular diseases [15]. The power within each interval can be used as a quantitative measure for characterizing the state of the system [9], [15].

Clinical and experimental studies have included patients with diabetes mellitus, myocardial infarction, and cardiac failure. The perturbations of the cardiovascular oscillations brought about by exercise, anesthesia, and aging have also been examined. For example, based on the logarithmic frequency resolution of the wavelet transform of the heart rate variability (HRV) signal, cardiac autonomic dysregulation was detected [19] in diabetic patients prior to clinical signs of cardiac autonomic neuropathy. Anesthesia is another state where clinical application of the cardiovascular oscillations approach may be significant. In a recent study [20], a substantial decrease of the low-frequency components was demonstrated in the blood flow recorded by LDF during local anesthesia.

The existence of characteristic peaks leads to the inference that each subsystem can be described mathematically as an oscillator [21], [22]. The systems are mutually dependent via couplings that lead to amplitude/frequency fluctuations and hence further broadening of the characteristic peaks.

Interactions

Simultaneous measurements of the cardiac and respiratory functions enable analysis of the cardiorespiratory interactions. The resultant modulation of the cardiac frequency, known as respiratory arrhythmia, has long been known to play an essential role in the overall performance of the system. Synchronization analysis [7], [10], [11] has confirmed that, in a conscious healthy subject at rest, the two systems can synchronize. We have shown that synchronization and modulation can coexist [11] and that the respiratory system is the driving system at all respiration frequencies, whether paced or spontaneous [13]. Two different methods, time-phase bispectral analysis [23] and a new inference technique [24], were used to demonstrate the existence of a nonlinear cardiorespiratory interaction.

Phase synchronization between the cardiac and respiratory oscillations has been investigated during anesthesia in rats [9]. Synchrograms and the time-evolution of synchronization indices were used to show that the system passes reversibly through a sequence of different phase-synchronized states as the anesthesia level changes, indicating that it can undergo phase transition-like phenomena. It was found that the synchronization state may be used to characterize the depth of anesthesia.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ระบบหัวใจและหลอดเลือด (CVS) มีความซับซ้อน และกระจาย spatially การเชื่อมต่อหลายระหว่างคอมโพเนนต์ของระบบเปิดใช้งานการควบคุมประสิทธิภาพของการไหลเวียนของเลือดผ่านระบบปิดของหลอด

ว่าเราเข้าความเข้าใจของระบบนี้ซับซ้อน ทั่วไป มีสองวิธี: การกล้องจุลทรรศน์และวิธี macroscopic ในวิธีกล้องจุลทรรศน์ หนึ่งพยายามที่จะวิเคราะห์การทำงานของแต่ละส่วนของระบบในรายละเอียดมากขึ้น วิธี macroscopic คง สนใจในการทำงานรวมชิ้นส่วนทั้งหมด ทั้งสองแนวทางจำเป็นเพื่อความเข้าใจ และปัญหาเริ่มต้น วิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ระบบซับซ้อนขนาดใหญ่ย่อมส่งผลในระบบขนาดใหญ่ของสมการเชิงอนุพันธ์ อย่างไรก็ตาม มีอยู่หลายกรณีเมื่อการจัดแสดงระบบที่มีลักษณะซับซ้อนมากในระดับกล้องจุลทรรศน์ค่อนข้างง่าย macroscopic ลักษณะ [1], [2]

เราแสดงว่า CVS ตัวอย่างของระบบดังกล่าว ในส่วนถัดไป เราแนะนำวิธีการควบคู่ oscillators ไม่เชิงเส้น กรอบที่เราใช้ศึกษาของหลอดเลือดหัวใจ และสมองแกว่ง เป็นพื้นหลัง เราอธิบายการ CVS มนุษย์และนำเสนอผลการวิเคราะห์ความถี่เวลาใช้แปลง wavelet วัดหลาย noninvasive สัญญาณหัวใจและหลอดเลือด มีการดำเนินการศึกษา neuronal แกว่งตั้งแต่แรกมนุษย์ electroencephalographic (EEG) การบันทึก และรีเซอร์เจนซ์ล่าสุดน่าสนใจใน neuronal แกว่งได้ชื่นชมเป็นพิเศษความสำคัญโอกาส และ "การยั่วเย้าข้อความคาดการณ์ที่รู้ หน่วยความจำ และจิตสำนึกแม้อาจทำจากการซิงโครไนส์ของเครือข่าย neuronal" [3] ความถี่ในการปรับขนาดสำหรับแกว่ง neuronal ปรับปรุงเป็นปัจจุบัน มีแสดงในส่วน "Neuronal แกว่ง" ล่าสุด การศึกษาใหม่จะถูกเริ่มการตรวจสอบการโต้ตอบระหว่างแกว่งหลอดเลือดหัวใจและบางส่วนของคลื่นสมอง [4] งานนี้เป็นการตรวจทานในส่วน penultimate และความสัมพันธ์เชิงสาเหตุระหว่างหัวใจ ระบบหายใจ และคลื่นสมองจะให้ความสำคัญในการตรวจสอบความลึกของยา ส่วนสุดท้ายที่มีอนาคต และระบุบางส่วนของคำถามเปิด

ไป:
Oscillators ควบคู่
วิธีควบคู่ oscillators ไม่เชิงเส้นถูกทำเครื่องหมาย โดยเหตุการณ์สำคัญหลักที่สอง: แนะนำของ entrainment ของ oscillators รวมโดย Winfree [5] และการวิเคราะห์โดยใช้วิธีการ dynamics ระยะของ Kuramoto [6] ระยะ dynamics ได้รับ โดยการลดจำนวนองศาความเป็นอิสระของระบบ dynamical เดิม เปลี่ยนแปลงเดิมควรจะ perturbed weakly ด้วยเสียง บังคับภายนอก หรือคลัปไปไหวจำกัดวงจรโคจร หลังใช้กับระบบ dissipative และรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงระยะไม่ขึ้นอยู่กับแบบรุ่นเดิม การทำงานของ Winfree [5] และ Kuramoto [6] ต่อแรงจูงใจเบื้องต้นของทฤษฎีขั้นตอนการซิงโครไนส์ อำนวยความสะดวกในการศึกษาของการโต้ตอบระหว่างควบคู่ไม่เชิงเส้น และวุ่นวาย oscillators [7] Oscillators ควบคู่ได้เสนอเป็นคำอธิบายที่เป็นไปได้ของของ CVS [8], [9], และซิงโครไนส์และเอ็มระหว่างแกว่งหัวใจ และทางเดินหายใจถูกตรวจสอบ ด้วยการดูแลเฉพาะ [10] - [12] เกิดขึ้นภาพการศึกษาแรงจูงใจเพิ่มเติม และเสนอวิธีการวิเคราะห์ทิศทางของคลัประหว่างโต้ตอบกระบวนการ oscillatory ล่าสุด (ดู [13] และการอ้างอิง therein)

ไป:
แกว่งหลอดเลือดหัวใจ
ระบบ

CVS ซึ่งประกอบด้วยหัวใจและหลอดเลือด มีฟังก์ชั่นหลักหนึ่ง — ขนส่ง ปริมาตรรวมของเลือดหมุนเวียนไปตาม CVS ที่ในหนึ่งนาทีโดยเฉลี่ย ระบบไหลเวียนโลหิตสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน: โลหิตระบบทางเดินหายใจ การย้ายเลือดผ่านปอดแลกเปลี่ยนออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ และการไหลเวียน systemic ซึ่งวัสดุทั้งหมดอื่น ๆ เนื้อเยื่อ (รูปที่ 1) ความดันเลือด systolic และ diastolic ได้รับการเรียกแตกต่าง ระหว่างส่วนต้ว และดำ และ ระหว่างที่ระบบทางเดินหายใจ และระบบไหลเวียนเลือด [14]

Fig. 1
Fig. 1
ระบบทางเดินหายใจ และ systemic หมุนเวียน และการกระจายความดัน (แก้ไขจาก Folkow และนีล [14]) สูงสุดที่เรียกว่า systolic ที่และอย่างน้อยเป็นความดัน diastolic นอกจากนี้ โดยล่าสุดการวัดและการวิเคราะห์ การ...
สังเกตในระดับ macroscopic หัวใจทำหน้าที่เป็นปั๊มที่ขับเลือดผ่านวงจรปิดเรือยืดหยุ่น กิจกรรมหายใจเป็นเครื่องกำเนิดแรงดันที่ช่วยในการกลับของเลือดไปยังหัวใจ การไหลเวียนของเลือดยังขึ้นอยู่กับความต้านทานของเรือที่ถูกควบคุม โดยการปรับปรุงปัจจุบันของพวกเขา ดังนั้น พลังของหัวใจแกว่งกุมอำนาจกระแสเอออร์ตา และจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญในการไหลเวียนของเลือดผ่านเส้นเลือดฝอย

แกว่ง

วิเคราะห์เวลาความถี่ของสัญญาณที่มาจากการหายใจ หัวใจฟังก์ชัน และกระแสเลือดเปิดเผยการดำรงอยู่ของส่วนประกอบความถี่งวดเกือบห้าในช่วงความถี่ 0.0095 – 2.0 Hz [9], [15] เมื่อเร็ว ๆ นี้ ระบุคอมโพเนนต์ oscillatory หกในช่วง 0.005 – 0.0095 Hz [16] ช่วงความถี่ได้สรุปไว้ในรูปที่ 2

Fig. 2
Fig. 2
ความถี่ลักษณะของหลอดเลือดหัวใจแกว่งในมนุษย์ในช่วงความถี่ตั้งแต่ 0.005 ถึง 2 Hz เป็นกำหนด หรือใช้ใน [9] และ [15] - [21] .
แกว่งหัวใจ และทางเดินหายใจมีความถี่ประมาณ 1.0 และ 0.3 Hz ตามลำดับ พวกเขามาจากส่วนกลาง และเผยแพร่ผ่านระบบ ในทางตรงกันข้าม แกว่งความถี่ต่ำที่เกี่ยวข้องกับกฎของความต้านทานของหลอดจะถูกสร้างขึ้นภายใน อย่างไรก็ตาม มันเป็นการหมุนเวียนของเลือดผ่านระบบท่อปิด ที่ประสานกิจกรรม oscillatory ท้องถิ่นของแต่ละระบบแต่ละอย่างเห็นได้ชัดทำสำหรับมากของเวลาต่อเนื่อง ดังนั้น แต่ละระบบสรีรวิทยาปรากฏเป็นงวดเกือบกระบวนการหนึ่งที่เราสามารถสังเกตได้ในระดับ macroscopic ดังนั้น แห่งในช่วงความถี่ต่ำมีให้ และสามารถส่วนแตกต่างใช้ความละเอียดความถี่ลอการิทึม

กำเนิดสรีรวิทยาของการแกว่งที่ความถี่ต่ำได้รับการสอบสวนใช้เลเซอร์ Doppler flowmetry (เอฟ) แกว่งที่ 0.1, 0.04, 0.01 และ 0.007 Hz ตามลำดับ จึงได้เชื่อมโยงกับกิจกรรม myogenic intrinsic ของกล้ามเนื้อเรียบของหลอดเลือด กิจกรรม neurogenic ของผนังเรือ และกลไกที่แตกต่างกันสองของหลอดเลือดบุผนังหลอดเลือดฟังก์ชัน [17], [18] ไนตริกออกไซด์และปัจจัย hyperpolarizing มา endothelium จะตั้งสมมติฐานว่าการมีส่วนร่วมในการแกว่งใกล้ 0.01 0.007 Hz [16]; อย่างไรก็ตาม กลไกแม่นยำให้สูงขึ้นไปต้องการเพิ่มเติม elucidated.

ผลลัพธ์เหล่านี้แนะนำว่า การ CVS ทั้งหมด รวม microcirculation, usefully สามารถถือว่าเป็นเอนทิตีเดียว ในแง่ของความถี่ มันไม่เกี่ยวข้องกับจุดที่เราสังเกตระบบหรือฟังก์ชันที่เราต้องวัด: กลไกการกำกับดูแลแต่ละอยู่เป็นประจำในทุกสถานที่ และสามารถตรวจพบในแต่ละฟังก์ชันหัวใจและหลอดเลือด อย่างไรก็ตาม คลื่นอาจแตกต่างกับฟังก์ชันและเว็บไซต์ของการสังเกต (ดูรูปที่ 1) นอกจากนี้ แสดงความถี่ในลักษณะของคอมโพเนนต์ oscillatory จะถูกจำกัดไปช่วงเดียวกันในการวางตัวเรื่องสุขภาพในการวางตัวเรื่องกับโรคหัวใจและหลอดเลือด [15] สามารถใช้กำลังภายในแต่ละช่วงเป็นการวัดเชิงปริมาณสำหรับการกำหนดลักษณะของสถานะของระบบ [9], [15] ได้

Clinical และศึกษาทดลองได้รวมผู้ป่วยที่ มีเบาหวาน กล้ามเนื้อหัวใจตาย และหัวใจล้มเหลว Perturbations ของแกว่งหลอดเลือดหัวใจโดยออกกำลังกาย ยา และอายุยังมีการตรวจสอบ ตามความละเอียดความถี่ลอการิทึมของ wavelet การแปลงสัญญาณสำหรับความผันผวน (HRV) อัตราการเต้นหัวใจ ตัวอย่าง autonomic dysregulation หัวใจถูกตรวจพบ [19] ในผู้ป่วยโรคเบาหวานก่อนอาการแสดงทางคลินิกของ autonomic neuropathy หัวใจ ยาที่ทางคลินิกใช้วิธีแกว่งหัวใจและหลอดเลือดอาจสำคัญรัฐอื่นได้ ในการศึกษาล่าสุด [20], ลดลงพบส่วนประกอบความถี่ต่ำได้แสดงให้เห็นว่าในกระแสเลือดที่บันทึก โดยเอฟระหว่างท้องถิ่นยา

มีลักษณะยอดนำไปสู่ข้อที่จะอธิบายแต่ละระบบย่อย mathematically เป็นตัว oscillator [21], [22] ระบบจะขึ้นอยู่แก่กันและกันผ่าน couplings ที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงคลื่น/ความถี่ และดังนั้นจึง เพิ่มเติม broadening ของลักษณะยอด

โต้

วิเคราะห์การโต้ตอบที่ cardiorespiratory เปิดวัดพร้อมฟังก์ชันหัวใจ และทางเดินหายใจ เอ็มผลแก่ของความถี่หัวใจ เป็นการรวมระบบทางเดินหายใจ ได้รับการเรียกจะมีบทบาทสำคัญในการทำงานโดยรวมของระบบ ซิงโครไนส์วิเคราะห์ [7], [10], [11] ได้ยืนยันว่า ในเรื่องสุขภาพเป็นสติที่เหลือ สองระบบสามารถทำข้อมูลให้ตรงกัน เราได้แสดงว่า ซิงโครไนส์และเอ็มสามารถเริ่ม [11] และระบบหายใจเป็นระบบการขับขี่ที่ความถี่ในการหายใจทั้งหมด ว่าศึกษาได้ หรือเกิดเอง [13] ใช้สองวิธี bispectral ระยะเวลาวิเคราะห์ [23] และเทคนิคข้อใหม่ [24], แสดงให้เห็นถึงการดำรงอยู่ของการไม่เชิงเส้น cardiorespiratory โต้

ได้รับศึกษาขั้นตอนการซิงโครไนส์ระหว่างแกว่งหัวใจ และทางเดินหายใจระหว่างยาในหนู [9] Synchrograms และเวลาวิวัฒนาการของการซิงโครไนส์ดัชนีถูกใช้เพื่อแสดงว่า ระบบผ่าน reversibly ลำดับรัฐแตกต่างกันตรงระยะเป็นยาระดับการเปลี่ยนแปลง บ่งชี้ว่า สามารถผ่านขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงเช่นปรากฏการณ์ พบว่า สถานะการซิงโครไนส์อาจใช้ลักษณะของความลึกของยา

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ระบบหัวใจและหลอดเลือด ( CVS ) มีความซับซ้อนและเปลี่ยนกระจาย การเชื่อมต่อระหว่างหลายองค์ประกอบของระบบให้มีประสิทธิภาพในการไหลของเลือดผ่านการควบคุมระบบปิดเรือ

แล้วเราจะเข้าถึงความเข้าใจระบบที่ซับซ้อนนี้ โดยทั่วไปมีสองวิธี : ด้วยวิธีการทาง . ในการส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์หนึ่งพยายามที่จะวิเคราะห์การทำงานของแต่ละส่วนของระบบในรายละเอียดมาก วิธีการมีในมืออื่น ๆที่สนใจในพฤติกรรมโดยรวมของทุกส่วน ทั้งสองวิธีจะต้องได้รับความเข้าใจที่สมบูรณ์ และเป็นปัญหาที่เริ่มต้น การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ของระบบที่ซับซ้อนขนาดใหญ่ ย่อมมีผลในระบบขนาดใหญ่ของสมการเชิงอนุพันธ์ อย่างไรก็ตามมีกรณีเมื่อระบบที่มีลักษณะซับซ้อนมากในระดับอนุภาค จัดแสดงค่อนข้างง่ายมีพฤติกรรม [ 1 ] [ 2 ] .

เราแสดงให้เห็นว่าย่อคือตัวอย่างของระบบดังกล่าว ในส่วนถัดไป เราแนะนำคู่เชิงแนวคิด กรอบที่เราใช้เพื่อการศึกษาของหลอดเลือดหัวใจและสมองต่าง . เป็นเบื้องหลังเราอธิบายย่อมนุษย์และนำเสนอผลการวิเคราะห์โดยใช้การแปลงเวฟแปลงเวลาการวัด noninvasive หลายสัญญาณหัวใจ การศึกษาลักษณะของการสั่นได้ดำเนินการตั้งแต่มนุษย์คนแรก electroencephalographic ( EEG ) บันทึกและการฟื้นฟูความสนใจในการล่าสุดของการสั่นทำให้เพิ่มคุณค่าของความสำคัญมากของพวกเขาและ " ยั่วเย้าการรับรู้ ความจำ สติยังอาจเป็นผลมาจากลักษณะของการประสานเครือข่าย " [ 3 ] ความถี่ระดับการสั่นและเป็นปัจจุบันแก้ไขจะแสดงใน " การกวัดแกว่ง " ส่วน เมื่อเร็วๆ นี้ การศึกษาใหม่ได้ถูกริเริ่มขึ้นเพื่อศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างการสั่นของหัวใจและบางส่วนของคลื่นสมอง [ 4 ] งานนี้จะดูในส่วนสุดท้าย และความสัมพันธ์ระหว่าง หัวใจ ระบบหายใจและคลื่นสมองจะหารือกับเน้นเป็นพิเศษในการตรวจสอบความลึกของยาชา ส่วนที่ดูไปข้างหน้าเพื่ออนาคต และ ระบุบางข้อเปิด

ไป :

ไม่เชิงเส้นคู่คู่วิธีมีการทำเครื่องหมายโดยสองเหตุการณ์ :การแนะนำของรถไฟของความถี่โดยรวม winfree [ 5 ] และการวิเคราะห์โดยใช้แบบจำลองพลวัตของคุราโมโต้เฟส [ 6 ] พลวัตของเฟสได้โดยการลดจำนวนขององศาของอิสรภาพของพลศาสตร์ของระบบเดิม พลวัตเดิมควรไม่สบายใจอย่างอ่อนเสียง แรงภายนอกหรือควบคู่กับพลวัตที่มีวงเงินรอบวงโคจรหลังใช้กับระบบ dissipative และรูปแบบของขั้นตอนเปลี่ยนแปลงไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปแบบของรุ่นเดิม งาน winfree [ 5 ] และคุราโมโต้ [ 6 ] เพิ่มเติมแรงจูงใจเบื้องต้นของทฤษฎีขั้นตอนการ สกรีนการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างคู่ไม่เชิงเส้นและวุ่นวาย oscillators [ 7 ]คู่ถูกเสนอเป็นคำอธิบายที่เป็นไปได้ของการเปลี่ยนแปลงของ CVS [ 8 ] , [ 9 ] , และการประสานและการปรับการเต้นของหัวใจและการหายใจระหว่างการสั่นตรวจร่างกายด้วยโดยเฉพาะการดูแล​ [ 10 ] - [ 12 ] ภาพใหม่มีการศึกษาเพิ่มเติมและวิธีการวิเคราะห์ทิศทางของการเชื่อมต่อระหว่างกระบวนการโต้ตอบลังเลที่เพิ่งได้รับการเสนอ ( ดู [ 13 ] และอ้างอิง )

ไป :



หัวใจกวัดแกว่งระบบ CVS ซึ่งประกอบด้วย หัวใจ และ หลอดเลือด มีการขนส่งฟังก์ชันหนึ่งหลัก ปริมาตรทั้งหมดของเลือดที่ไหลเวียนไปตามประวัติส่วนตัวใน 1 นาทีโดยเฉลี่ยระบบไหลเวียนโลหิตสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน การหมุนเวียนของเลือดผ่านปอด ซึ่งย้ายปอดเพื่อแลกเปลี่ยนก๊าซออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ และระบบการไหลเวียนโลหิต ซึ่งวัสดุเนื้อเยื่ออื่น ๆ ( รูปที่ 1 )ค่าเฉลี่ยความดันโลหิตตัวบนและตัวล่างมานานรู้จักความแตกต่างระหว่างส่วนที่หลอดเลือดแดง และหลอดเลือดดำ และระหว่างระบบและการไหลเวียนโลหิตในปอด [ 14 ] .

รูปที่ 1
รูปที่ 1
ปอดและระบบการหมุนเวียนและกระจายความดัน ( ดัดแปลงจาก folkow และ Neil [ 14 ] ) สูงสุดเรียกว่า systolic และความดัน diastolic ต่ำเป็น . นอกจากนี้บนพื้นฐานของการวัดล่าสุดและการวิเคราะห์ . . . . . . .
สังเกตในระดับที่มองเห็นด้วยตาเปล่า หัวใจทำหน้าที่เป็นปั๊มที่ไดรฟ์เลือดที่ผ่านการปิดวงจรของหลอดเลือดยืดหยุ่น กิจกรรมการหายใจเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของความดันที่ช่วยในการกลับมาของเลือดไปยังหัวใจการไหลของเลือดยังขึ้นอยู่กับความต้านทานของเรือที่ถูกควบคุมโดยการปรับขนาดของพวกเขา จากนั้น พลังของหัวใจหลอดเลือดและการสั่น dominates การลดลงในการไหลของเลือดผ่านเส้นเลือดฝอย



เวลากวัดแกว่งการวิเคราะห์ความถี่ของสัญญาณที่ได้จากการหายใจ หัวใจฟังก์ชันและการไหลของเลือดเปิดเผยการดำรงอยู่ของห้าเกือบๆส่วนประกอบในความถี่ช่วงความถี่ ( Hz 0.0095 2.0 [ 9 ] , [ 15 ] เมื่อเร็วๆ นี้ ส่วนที่หกลังเลถูกระบุในช่วง 0.005 – 0.0095 Hz [ 16 ] ความถี่ช่วงสรุปได้ในรูปที่ 2

รูปที่ 2

รูปที่ 2ลักษณะความถี่ของการสั่นในความถี่ของมนุษย์ในช่วงเวลาจาก 0.005 ถึง 2 Hz ตามที่กำหนดไว้หรือใช้ [ 9 ] และ [ 15 ] - [ ​ 21 ] .
การสั่นของหัวใจและระบบทางเดินหายใจมีความถี่ประมาณ 1.0 และ 0.3 Hz ตามลำดับ พวกเขามาจากส่วนกลาง และจะแพร่กระจายผ่านทางระบบ ในทางตรงกันข้ามการสั่นด้วยความถี่ต่ำที่เกี่ยวข้องกับกฎระเบียบของเรือ ' ความต้านทานขึ้นในประเทศ อย่างไรก็ตาม มันเป็นอย่างต่อเนื่องการไหลเวียนของเลือดผ่านระบบการปิดท่อที่พิกัดของกิจกรรมภายในของแต่ละบุคคลและกลไกลังเลอย่างเห็นได้ชัดจากมันมากที่สุดของเวลา ดังนั้นแต่ละทางสรีรวิทยากลไกการปรากฏเป็นเดียวเกือบๆกระบวนการที่เราสามารถสังเกตได้ในระดับที่มองเห็นด้วยตาเปล่า . ดังนั้น จึงทำให้ยอดในช่วงความถี่ต่ำ เป็นวงกว้าง และสามารถแยกแยะความละเอียดที่ดีที่สุดโดยใช้ความถี่ลอการิทึม

ที่มาทางสรีรวิทยาของการสั่นความถี่ต่ำ ได้ถูกศึกษาโดยใช้เลเซอร์ดอปเปลอร์ flowmetry ( ค้นหา )การสั่นที่ประมาณ 0.1 , 0.03 , 0.01 และ 0.007 Hz ตามลำดับ จึงถูกเชื่อมโยงกับกิจกรรม myogenic แท้จริงของกล้ามเนื้อเรียบของหลอดเลือด กิจกรรม การขับถ่ายของผนังหลอดเลือด และกลไกที่แตกต่างกันสองเซลล์บุผนังหลอดเลือดฟังก์ชัน [ 17 ] , [ 18 ]ไนตริกออกไซด์และหลอดเลือดได้ hyperpolarizing ปัจจัยเป็นสมมุติฐานที่จะต้องเกี่ยวข้องกับการสั่นใกล้ 0.01 และ 0.007 Hz [ 16 ] ; อย่างไรก็ตาม , แม่นยำกลไกให้สูงขึ้นเพื่อให้พวกเขาต้องเพิ่มเติมนี้

ผลเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่า CVS ทั้งหมด รวมทั้งจุลภาค สามารถเป็นประโยชน์เป็นองค์กรเดียว ในแง่ของความถี่มันไม่ได้เป็นจุดที่เราสังเกตระบบหรือหน้าที่เราเลือกวัดแต่ละกฎระเบียบกลไกสะท้อนทุกเว็บไซต์ และสามารถตรวจพบในแต่ละฟังก์ชัน cardiovascular อย่างไรก็ตาม ความกว้างของมันอาจแตกต่างกันเกี่ยวกับฟังก์ชันและเว็บไซต์ของแบบ ( ดูรูปที่ 1 ) นอกจากนี้ความถี่และลักษณะของส่วนประกอบลังเลจะแสดงเป็นกักขังอยู่ในช่วงเวลาเดียวกันในคนปกติในขณะพักความสัมพันธ์กับโรคหัวใจและหลอดเลือด [ 15 ] ภายในแต่ละช่วง สามารถใช้เป็นมาตรการเชิงปริมาณเพื่อแสดงสถานะของระบบ [ 9 ] , [ 15 ] .

ทางคลินิกและการศึกษาได้รวมกับผู้ป่วยโรคเบาหวานโรคกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือด และภาวะหัวใจล้มเหลว ได้ของการสั่นหัวใจและหลอดเลือดโดยนำเกี่ยวกับการออกกำลังกาย , ยาชา , และริ้วรอยได้รับการตรวจสอบ ตัวอย่างเช่น ขึ้นอยู่กับความละเอียดของลอการิทึมความถี่การแปลงเวฟของอัตราหัวใจแปรปรวน ( HRP-4C ) สัญญาณความสามารถของ dysregulation ตรวจพบ [ 19 ] ในผู้ป่วยเบาหวานก่อนอาการทางคลินิกของประสาทอัตโนมัติของหัวใจ . ยาชาเป็นสถานะอื่นที่ใช้ทางคลินิกของโรคหัวใจและหลอดเลือดต่างวิธีการอาจจะสำคัญ ในการศึกษาล่าสุด [ 20 ]การลดลงอย่างมากของส่วนประกอบความถี่ต่ำ พบว่าในการไหลของเลือดที่บันทึกโดยค้นหาระหว่างยาชาท้องถิ่น

มียอดลักษณะนำไปสู่การอนุมานว่า แต่ละส่วนสามารถอธิบายทางคณิตศาสตร์เป็น oscillator [ 21 ] , [ 22 ]ระบบจะขึ้นอยู่กับทั้งสองฝ่ายผ่านข้อต่อ ทำให้แอมพลิจูด / ความถี่ความผันผวนและจึงขยายเพิ่มเติมของยอดลักษณะ .



พร้อมกันของการวัดของหัวใจและการหายใจ ให้ใช้ฟังก์ชันการวิเคราะห์การโต้ตอบ การปรับค่าความถี่ของหัวใจ เรียกว่าการหายใจที่ผิดปกติ ,มีมานานแล้วที่รู้จักกันในการเล่นบทบาทที่สำคัญในประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ ประสานการวิเคราะห์ [ 7 ] , [ 10 ] [ 11 ] ได้รับการยืนยันว่า ในที่ใส่ใจสุขภาพเรื่องที่พัก ทั้งสองระบบสามารถประสาน . เราได้แสดงให้เห็นว่าการประสานและการปรับสามารถอยู่ร่วมกันได้ [ 11 ] และระบบทางเดินหายใจเป็นระบบขับเคลื่อนที่ความถี่การหายใจทั้งหมดไม่ว่าสภาพหรือธรรมชาติ [ 13 ] สองวิธีที่แตกต่างกัน เวลา bispectral ระยะการวิเคราะห์ [ 23 ] และเทคนิคใหม่ในการอนุมาน [ 24 ] ถูกใช้เพื่อแสดงให้เห็นถึงการดำรงอยู่ของความไม่ใช้ปฏิสัมพันธ์

เฟสประสานระหว่างการเต้นของหัวใจและการหายใจการสั่นจะสอบสวนระหว่างยาชาในหนูขาว [ 9 ]synchrograms และเวลาวิวัฒนาการของดัชนีการใช้เพื่อแสดงให้เห็นว่าระบบที่ผ่านซึ่งพลิกกลับได้ผ่านลำดับของขั้นตอนที่แตกต่างกันซึ่งเป็นระดับการเปลี่ยนแปลงสหรัฐ ระบุว่า มันสามารถได้รับการเปลี่ยนสถานะ เช่น ปรากฏการณ์ พบว่า การประสานรัฐอาจใช้ลักษณะความลึกของยาชา .