smjournalСпортивная медицина: наука и практикаSports medicine: research and practice2223-25242587-9014NEICON10.47529/2223-2524.2020.3.73smjournal-223Research ArticleФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКАFUNCTIONAL TESTINGПрименение методики анализа вариабельности сердечного ритма для определения индивидуальной устойчивости к токсическому действию кислородаUsing heart rate variability to determine individual resistance to the hyperbaric oxygen toxicityhttps://orcid.org/0000-0002-9241-7238СамойловА. С.SamoilovA. S.

Самойлов Александр Сергеевич, член-корр. РАН, доктор медицинских наук, профессор, генеральный директор 

123098, Москва, ул. Маршала Новикова, 23

Alexander S. Samoilov, M.D., D.Sc. (Medicine), Professor, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, General Director 

23, Marshala Novikova str., Moscow, 123098

https://orcid.org/0000-0003-2088-5312НиконовР. В.NikonovR V.

Никонов Роман Владимирович, аспирант кафедры восстановительной медицины, спортивной медицины, курортологии и физиотерапии с курсом сестринского дела 

123098, Москва, ул. Маршала Новикова, 23

Roman V. Nikonov, Postgraduate Student of Department of Rehabilitation Medicine, sports Medicine, Balneology and Physiotherapy with a course of nursing care

23, Marshala Novikova str., Moscow, 123098

sciproduction@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3396-5813ПустовойтВ. И.PustovoitV. I.

Пустовойт Василий Игоревич, кандидат медицинских наук, младший научный сотрудник лаборатории больших данных и прецизионной спортивной медицины 

123098, Москва, ул. Маршала Новикова, 23

Vasily I. Pustovoit, Ph.D. (Medicine), Junior Researcher of the Laboratory of Big Data and Precision Sports Medicine 

23, Marshala Novikova str., Moscow, 123098

КлючниковМ. С.KljuchnikovM. S.

Ключников Михаил Сергеевич, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией больших данных и прецизионной спортивной медицины

123098, Москва, ул. Маршала Новикова, 23

Mikhail S. Kljuchnikov, Ph.D. (Biology), Head of the Laboratory of Big Data and Precision Sports Medicine

23, Marshala Novikova str., Moscow, 123098

ФГБУ «Государственный научный центр Российской Федерации — Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна Федерального медико-биологического агентства России»РоссияState Research Center — A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Medical Biological Agency of RussiaRussian Federation2020061220201037380Copyright © Самойлов А.С., Никонов Р.В., Пустовойт В.И., Ключников М.С., 20202020Самойлов А.С., Никонов Р.В., Пустовойт В.И., Ключников М.С.Samoilov A.S., Nikonov R.V., Pustovoit V.I., Kljuchnikov M.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.smjournal.ru/jour/article/view/223Цель исследования

Цель исследования: оценка устойчивости организма спортсменов-дайверов к токсическому действию кислорода по показателям вариабельности сердечного ритма (ВСР).

Материалы и методы

Материалы и методы. Обследованы 38 здоровых спортсменов-дайверов в возрасте от 23 до 32 лет. Перед сеансом гипербарической оксигенации (ГБО) обследуемому производили измерение артериального давления и пульса методом осциллометрии сидя в покое, после чего производили пятиминутную запись ВСР в покое, положении сидя. После этого двух обследуемых совместно с медицинским работником размещали сидя в барокамере, в которой создавалось абсолютное давление 0,25 МПа. Обследуемых включали на дыхание 100 % медицинским кислородом, каждые 15 минут измеряли пульс и артериальное давление и вычисляли минутный объем кровообращения (МОК) по формуле Старра. При появлении тенденции на увеличение МОК, а также по истечении 75 минут дыхания кислородом испытуемых выводили из барокамеры. Непосредственно после выхода из барокамеры проводили запись ВСР испытуемых. По результатам измерения параметров гемодинамики испытуемые были разделены на 3 группы. Первая группа — неустойчивые, МОК которых стал увеличиваться в первые 45 минут ГБО, во вторую группу вошли те, МОК которых начал увеличение с 46 по 75 минуту, к третьей группе отнесли испытуемых, МОК которых не увеличивался.

Результаты

Результаты. Анализ ВСР показал наиболее значимое достоверное увеличение (p < 0,001) мощности спектра VLF (мс2) и относительной мощности VLF %, а также Alpha 2 после ГБО у обследуемых первой группы (неустойчивых) по сравнению с исходными параметрами и другими группами, что отражает активацию симпатического отдела вегетативной нервной системы и надсегментарных структур мозга. Характер изменений показателей временного домена ВСР (снижение SNS index, pNN50 (%), PNS index) подтверждает наличие выраженной симпатикотонии в первой группе.

Выводы

Выводы. Определены с высокой достоверностью (p < 0,001) три наиболее значимых основных признака (VLF (мс2), VLF % и Alpha 2), которые обладают умеренной отрицательной корреляционной связью (–0,70 < r < –0,30) с уровнем устойчивости спортсменов-дайверов к токсическому действию кислорода. Наблюдения за спортсменами с высокой устойчивостью показали, что для них характерны изменения гемодинамики по ваготоническому типу, тогда как для неустойчивых был характерен симпатикотонический тип регуляции. Анализ результатов продемонстрировал умеренную корреляционную связь ВСР с признаками токсического действия кислорода на организм дайверов. Анализ ВСР рекомендуется для достоверной (p < 0,05) диагностики индивидуальной устойчивости.

Objective

Objective: assessment of the resistance of the body of athletes-divers to the hyperbaric oxygen toxicity on indicators of the heart rate variability (HRV).

Materials and methods

Materials and methods. The study involved 38 healthy athletes-divers aged 23 to 32 years. Before the session of hyperbaric oxygenation (HBO), the test subject was measured the blood pressure and pulse by the method of oscillometry while he was sitting at rest, after which a five-minute recording of HRV in sitting position at rest was made. After that, the two test subjects were placed together, sitting with a physician in a pressure (decompression) chamber, where an absolute pressure of 0.25 MPa was created. The test subjects were given 100 % medical oxygen to breathe, their pulse and blood pressure were measured every 15 minutes, and their cardiac output (CO) was calculated by the Starr formula. When there was an increasing tendency of the CO, and also after 75 minutes of oxygen breathing, the test subjects were taken out of the pressure chamber. Immediately after leaving the pressure chamber, the HRV of the test subjects was recorded. According to the results of measurement of hemodynamic parameters, the test subjects were divided into 3 groups. The first group — unstable, whose CO began to increase in the first 45 minutes of HBO, the second group included those whose CO began to increase from 46 to 75 minutes, the third group included test subjects whose CO did not increase.

Results

Results. HRV analysis showed the most significant reliable (p < 0.001) VLF spectrum power (ms2) and relative VLF power (%), as well as Alpha 2 after HBO in the first group of test subjects (unstable) compared to the initial parameters and other groups, which reflects the activation of the sympathetic nervous system and suprasegmental structures of the brain. The essence of changes in the HRV time domain indicators (decrease in SNS index, pNN50 (%), PNS index) confirms the presence of pronounced sympathicotonia in the first group.

Conclusions

Conclusions: the three most significant metrics (VLF (ms2), VLF (%) and Alpha 2) were determined with high confidence (p < 0.001), which have a moderate negative correlation (–0.70 < r < –0.30) with the level of divers’ resistance to the to the hyperbaric oxygen toxicity. Observations of athletes with high stability showed that they were characterized by changes in hemodynamics of the vagotonic type, while unstable ones were characterized by the sympathicotonic type of regulation. Evaluation of the results showed amoderate correlation between HRV and symptom of oxygen toxicity on divers and is recommended for a reliable (p < 0.05) diagnosis.

спортсменыдайверыводолазытоксическое действие кислородавариабельность сердечного ритма (ВСР)VLFathletesdivershyperbaric oxygen toxicityheart rate variability (HRV)VLFReferencesШитов А.Ю., Кулешов В.И., Макеев Б.Л. Способ определения степени устойчивости человека к гипероксической гипоксии. Патент RU2 417 788C1. 03.11.2009.Shitov A.Yu., Kuleshov V.I., Makeev B.L. Method for determining the degree of human resistance to hyperoxic hypoxia. Patent RU 2 417 788 C1. 2009 Nov. 3 (In Russ.).Бобров Ю.М., Кулешов В. И., Мясников А.А. Сохранение и повышение военно-профессиональной работоспособности специалистов флота в процессе учебно-боевой деятельности и в экстремальных ситуациях. СПб.: ВМедА; 2015. 203 с.Bobrov Yu.M., Kuleshov V.I., Myasnikov A.A. Preservation and improvement of military-professional efficiency of fleet specialists in the process of training and combat activities and in extreme situations. Saint Petersburg: VMedA; 2015. 203 p. (In Russ.).Hirayanagi K., Nakabayashi K., Okonogi K., Ohiwa H. Autonomic nervous activity and stress hormones induced by hyperbaric saturation diving. Undersea Hyperb Med. 2003;30(1):47–55.Hirayanagi K., Nakabayashi K., Okonogi K., Ohiwa H. Autonomic nervous activity and stress hormones induced by hyperbaric saturation diving. Undersea Hyperb Med. 2003;30(1):47–55.Ciarlone G. E., Hinojo C. M., Stavitzski N. M., Dean J.B. CNS function and dysfunction during exposure to hyperbaric oxygen in operational and clinical settings. Redox Biol. 2019;(27):101159. https://doi.org/10.1016/j.redox.2019.101159Ciarlone G. E., Hinojo C. M., Stavitzski N. M., Dean J.B. CNS function and dysfunction during exposure to hyperbaric oxygen in operational and clinical settings. Redox Biol. 2019;(27):101159. https://doi.org/10.1016/j.redox.2019.101159Yamazaki F., Wada F., Nagaya K., Torii R., Endo Y., Sagawa S., et al. Autonomic mechanisms of bradicardia during nitrox exposure at 3 atmospheres absolute in humans. Aviat Space Environ Med. 2003;74(6):643–648.Yamazaki F., Wada F., Nagaya K., Torii R., Endo Y., Sagawa S., et al. Autonomic mechanisms of bradicardia during nitrox exposure at 3 atmospheres absolute in humans. Aviat Space Environ Med. 2003;74(6):643–648.Смолин В.В., Соколов Г.М., Павлов Б.Н. Водолазные спуски и их медицинское обеспечение. М.: Слово; 2015. 608 с.Smolin V.V., Sokolov G.M., Pavlov B.N. Diving slopes and their medical supervision. Moscow: Slovo Publ.; 2015. 608 p. (In Russ.).Sassi R., Cerutti S., Lombardi F., Malik M., Huikuri H.V., Peng C. Advances in heart rate variability signal analysis: joint position statement by the e-Cardiology ESC Working Group and the European Heart Rhythm Association co-endorsed by the Asia Pacific Heart Rhythm Society. Europace. 2015;(17):1341–1353. https://doi.org/10.1093/europace/euv015Sassi R., Cerutti S., Lombardi F., Malik M., Huikuri H.V., Peng C. Advances in heart rate variability signal analysis: joint position statement by the e-Cardiology ESC Working Group and the European Heart Rhythm Association co-endorsed by the Asia Pacific Heart Rhythm Society. Europace. 2015;(17):1341–1353. https://doi.org/10.1093/europace/euv015Tarvainen M.P., Lipponen J., Niskanen J.P., Ranta-Aho P. Kubios HRV Version 3.3 — User’s Guide. Kuopio: University of Eastern Finland; 2019. 40 p.Tarvainen M.P., Lipponen J., Niskanen J.P., Ranta-Aho P. Kubios HRV Version 3.3 — User’s Guide. Kuopio: University of Eastern Finland; 2019. 40 p.Baevskiy R.M., Chernikova A.G. Analysis of heart rate variability: physiological bases and main methods of conducting. Cardiometry. 2017;(10):66–76. https://doi.org/10.12710/cardiometry.2017.6676Baevskiy R.M., Chernikova A.G. Analysis of heart rate variability: physiological bases and main methods of conducting. Cardiometry. 2017;(10): 66–76. https://doi.org/10.12710/cardiometry.2017.10.6676Shaffer F., Ginsberg J.P. An overview of heart rate variability metrics and norms. Front Public Health. 2017; 5:258. https://doi.org/10.3389/fpubh.2017.00258Shaffer F., Ginsberg J.P. An overview of heart rate variability metrics and norms. Front Public Health. 2017;5:258. https://doi.org/10.3389/fpubh.2017.00258Флейшман А.Н., Кораблина Т.В., Петровский С.А., Мартынов И.Д. Сложная структура и нелинейное поведение very low frequency вариабельности ритма сердца: модели анализа и практические приложения. Известия ВУЗ. Прикладная нелинейная динамика. 2014;22(1):55–70. https://doi.org/10.18500/0869-6632-2014-22-1-55-70Fleyshman A.N., Korablina T.V., Petrovskiy S.A., Martynov I.D. Complex structure and nonlinear behavior of very low frequency heart rate variability: analysis models and practical applications. Izvestiya VUZ. Prikladnaya nelineinaya dinamika = Applied nonlinear dynamics. Izvestiya VUZ. 2014; 22(1): 55–70 (In Russ.). https://doi.org/10.18500/0869-6632-2014-22-1-55-70Хаспекова Н. Б. Регуляция вариативности ритма сердца у здоровых и больных с психогенной и органической патологией мозга [диссертация]. М.; 1996. 236 с.Khaspekova N B. Regulyatsiya variativnosti ritma serdtsa u zdorovykh i bol’nykh s psikhogennoy i organicheskoy patologiey mozga [dissertation]. Moscow; 1996. 236 p. (In Russ.).Сосиновская Е.В., Черкасов Н.С., Цоцонава Ж.М., Полухина А.Л. Спектральные параметры вариабельности сердечного ритмав оценке сердечной деятельности детей, страдающих эпилепсией. Астраханский медицинский журнал. 2014;(1):78–83.Sosinovskaya E.V., Cherkasov N.S., Tsotsonava Zh.M., Polukhina A.L. Spectral parameters of heart rate variability in the assessment of cardiac activity in children with epilepsy. Astrakhanskiy meditsinskiy zhurnal = Astrakhan Medical Journal. 2014;(1):78–83 (In Russ.).Yun-LiYu, Na-NaLi, Meng-TingShi, Hong-Juan Lu. Ana¬lysis of heart rate variability-related indexes in the interictal period in patients with focal epilepsy. Life Sciences. 2018;209:403–408. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2018.08.033Yun-LiYu, Na-NaLi, Meng-TingShi, Hong-Juan Lu. Ana¬lysis of heart rate variability-related indexes in the interictal period in patients with focal epilepsy. Life Sciences. 2018;209:403–408. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2018.08.033Van der Kruijs S.J., Vonck K.E., Langereis G.R., Fe¬ijs L.M., Bodde N.M., Lazeron R.H., et al. Autonomic nervous system functioning associated with psychogenic nonepileptic seizures: Analysis of heart rate variability. Epilepsy Behav. 2016;54:14–19. https://doi.org/10.1016/j.yebeh.2015.10.014Van der Kruijs S.J., Vonck K.E., Langereis G.R., Fe¬ijs L.M., Bodde N.M., Lazeron R.H., et al. Autonomic nervous system functioning associated with psychogenic nonepileptic seizures: Analysis of heart rate variability. Epilepsy Behav. 2016;54:14–19. https://doi.org/10.1016/j.yebeh.2015.10.014Velez M., Fisher R.S., Bartlett V., Le S. Tracking generalized tonic-clonic seizures with a wrist accelerometer linked to an online database. Seizure. 2016;39:13–18. https://doi.org/10.1016/j.seizure.2016.04.009Velez M., Fisher R.S., Bartlett V., Le S. Tracking generalized tonic-clonic seizures with a wrist accelerometer linked to an online database. Seizure. 2016;39:13–18. https://doi.org/10.1016/j.seizure.2016.04.009Van de Vel A., Cuppens K., Bonroy B., Milosevic M., Jansen K., Van Huffel S., et al. Non-EEG seizure detection systems and potential SUDEP prevention: State of the art. Seizure. 2016;41:141–153. https://doi.org/10.1016/j.seizure.2013.02.012Van de Vel A., Cuppens K., Bonroy B., Milosevic M., Jansen K., Van Huffel S., et al. Non-EEG seizure detection systems and potential SUDEP prevention: State of the art. Seizure. 2016;41:141–153. https://doi.org/10.1016/j.seizure.2013.02.012

The authors declare that there are no conflicts of interest present.