КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-24-00333
НазваниеПоличастотные колебательные ритмы кровотока: сетевое моделирование функциональных связей сердечно-сосудистой и нервной систем человека
РуководительКиселев Антон Робертович, Доктор медицинских наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр терапии и профилактической медицины" Министерства здравоохранения Российской Федерации, г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2024 г. - 2025 г. |
Конкурс№89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-207 - Системная биология; биоинформатика
Ключевые словасердечно-сосудистая система, электрическая активность головного мозга, функциональный мониторинг, сетевое моделирование, колебательные паттерны, синхронизация, машинное обучение
Код ГРНТИ34.39.03
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект посвящён анализу нестационарного многочастотного характера сердечного ритма и сосудистых сокращений, наблюдаемых в кровотоке человека. Для изучения фундаментальных особенностей формирования сложного нестационарного характера электрокардиограмм и фотоплетизмограмм в норме и при патологиях, приводящих к сердечно-сосудистым заболеваниям, будет разрабатываться новый метод сетевого моделирования взаимодействия функциональных блоков нервной и сердечно-сосудистой систем, приводящих к поличастотным колебательным режимам кровотока человека. Особый практический интерес вызывает динамика кровотока при модуляции внешними факторами, такими как изменения функционального статуса (в частности, тилт-тест).
В настоящее время сердечно-сосудистые заболевания – ведущая причина смертности в большинстве развитых стран, в том числе Российской Федерации [Медико-демографические показатели Российской Федерации, 2021, 2022]. Заболевания гипертонией (АГ), ишемической болезнью сердца (ИБС) и пр. без адекватного лечения зачастую провоцируют развитие цереброваскулярных осложнений, в частности, инсульта, который является второй по частоте причиной смертности и одной из главных причин инвалидизации в мире и Российской Федерации. Профилактика, ранняя диагностика и своевременная помощь при сердечно-сосудистых заболеваниях является социально-значимой медицинской проблемой. Однако, несмотря на значительные успехи кардиологии последних десятилетий, до сих пор выбор эффективных методов терапии таких распространённых сердечно-сосудистых заболеваний, как АГ и ИБС является актуальной научной проблемой, что подтверждается статистикой ВОЗ и неснижаемым количеством публикаций по этой тематике в русле доказательной медицины. Данное положение во многом обусловлено сохраняющимся недостатком достоверной детальной информации о ряде патологических процессов при этих заболеваниях. В частности, это касается аспекта вовлеченности в патогенез сердечно-сосудистых заболеваний дисфункции механизмов вегетативной и центральной регуляции, а также возможностей коррекции подобных нарушений. Проблема усугубляется недостатком фундаментальных знаний о функциональной организации системы регуляции кровообращения, отсутствием её общих моделей и эффективных методов исследования её сигналов и интерпретации результатов анализа.
Руководитель и коллектив предлагают рассмотреть взаимодействие функциональных структур организма, регулирующих систему кровообращения, с позиций активно развиваемого сегодня подхода - сетевого моделирования. В случае поддержки Проекта будут проведены (i) клинические исследования пациентов в условиях контроля за динамикой активности их сердечно-сосудистой системы, включая мониторинг биомедицинских сигналов сердечно-сосудистой и нервной систем, (ii) работы по созданию и апробации сетевых моделей по полученным реальным большим данным, (iii) оценки предсказательных возможностей построенных моделей и их индивидуальной изменчивости.
Поставленная в рамках проекта фундаментальная научная задача является актуальной как с точки зрения развития современной биологии, междисциплинарной нейрокардиологии и математических методов обработки больших данных биологической природы, так и с точки зрения развития современных технологий персонализированной медицины (с позиций обнаружения ранних предвестников и объективных маркеров возникновения патологических состояний сердечно-сосудистой системы).
Выполненные разработка и апробация методов построения сетевой модели, предсказывающей изменения во взаимодействии нервной и сердечно-сосудистой систем человека станут основой для дальнейшего развития технологии автономной системы слежения за состоянием пациента с риском и\или наличием сердечно-сосудистых заболеваний.
Ожидаемые результаты
1) База данных, полученных в результате клинических исследований, проведенных на группах добровольцев и пациентов, включающая общеклинические описания, неоднократные мониторинги физиологических характеристик организма в строго протоколируемых условиях. Участники клинических работ будут разделены на следующие группы: (0) практически здоровые участники не менее 30 человек в возрасте 20–50 лет; (1) пациенты с артериальной гипертензией (АГ), подтвержденной в соответствии с клиническим рекомендациями; (2) пациенты с ишемической болезнью сердца (ИБС), получающих терапию согласно современным рекомендациям; (3) пациенты с аортальным стенозом, нуждающихся в оперативном лечении. Критерии исключения: женский пол; возраст старше 70 лет; депрессия (шкала Бека (BDI-II ≤8); тяжелые когнитивные нарушения (по шкале Mini-Mental State Examination: результат < 24 баллов); сопутствующие заболевания (хроническая обструктивная болезнь легких, злокачественная патология, нарушения функции щитовидной железы и др.); заболевания центральной нервной системы; регулярное употребление психоактивных препаратов и злоупотребление алкоголем; прием в течение 90 дней до включения пациента в исследование нейрометаболических, нейротрофических препаратов, а также каких-либо иных веществ, способных прямо или косвенно повлиять на когнитивные функции пациентов; любые эпизоды цереброваскулярных катастроф и/или травм головного мозга; атеросклеротические бляшки артерий головы и шеи, приводящие к развитию гемодинамически значимых стенозов (сужение более 50% просвета артерии) по данным дуплексного исследования брахиоцефальных сосудов; систолическая дисфункция левого желудочка сердца.
Серии мониторингов будут проведены в условиях покоя и при тилт-тесте, включая следующие записи: электрокардиограмма (ЭКГ), дыхание, фотоплетизмограмма (ФПГ), артериальное давление (неинвазивным способом), а также регистрации активности головного мозга (ЭЭГ). Длительность записей не менее 90 минут. Стандартное описание и расшифровка записей.
2) Новые научные данные об особенностях динамики (дрейфа) колебательной структуры на уровне различных отделов сердечно-сосудистой системы (в частности, в ритме сердца, нескольких физических точках периферического кровотока, дыхательной функции), обусловленных и характеризующих активность механизмов регуляции кровообращения в норме (т. е. у здоровых лиц) и при различных патологических состояниях (артериальная гипертензия, ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда, клапанные пороки сердца). Оценки уровня вариабельности, выраженности различных колебательных паттернов и дрейфа их средних частот на частотно-временной структуре сигналов сердечно-сосудистой системы у здоровых добровольцев при психофизиологических мониторингах. Результаты усреднения данных характеристик по стадиям эксперимента и группе участников. Статистические оценки достоверности наблюдаемых особенностей колебательной структуры сигналов сердечно-сосудистой системы.
3) Оценки уровня синхронизации между различными колебательными процессами, развивающимися в сигналах сердечно-сосудистой системы, с учетом дрейфа их основных частот, а также описание динамики уровней синхронизации у добровольцев в состоянии пассивного бодрствования, в ходе тилт-теста.
4) Мультиплексные сетевые модели взаимодействия основных колебательных ритмов, наблюдаемых на ЭКГ. Демонстрация эффективности подбора элементной базы и структуры параметров. Методы автоматизации расчёта параметров сетевой модели для индивидуального случая на основе данных функционального мониторинга. Статистические оценки адекватности модели и её предсказательной способности, а также устойчивости параметров сетевой модели при наличии нескольких функциональных мониторингов.
5) Динамические карты синхронных режимов активности сердечно-сосудистой системы и низкочастотных колебаний биопотенциалов головного мозга у здоровых добровольцев и групп пациентов под контролем изменения вариабельности сердечного ритма. Индивидуальные зоны активации синхронизации сигналов головного мозга и сердечно-сосудистой системы при различных кардиологических патологиях.
6) Оценки уровня вариабельности, выраженности различных колебательных паттернов и дрейфа их средних частот на частотно-временной структуре сигналов сердечно-сосудистой системы у здоровых добровольцев при психофизиологических мониторингах. Результаты усреднения данных характеристик по стадиям эксперимента и группе участников. Статистические оценки достоверности наблюдаемых особенностей колебательной структуры сигналов сердечно-сосудистой системы.
Результаты выполнения проекта будут представлены не менее, чем в пяти работах, опубликованных в реферируемых научных журналах, а также доложены на не менее, чем двух научных конференциях международного уровня.
Реализация проекта позволит существенно продвинуться в понимании и цельном описании механизмов изменений многочастотных сигналов, регистрируемой в активности сердечно-сосудистой системы. Сегодня хорошо известно, что даже в условиях стабильности состояния человека в кровотоке происходят различные спонтанные изменения, связанные с варьированием параметров функционирования сердечно-сосудистой системы. В то же время, механизмы этих изменений, по всей видимости, лежат именно в существующих взаимодействиях функциональных систем организма, в том числе – центральной и вегетативной нервной систем, различных отделов сердечно-сосудистой системы, модулируемой дыханием человека. Предлагаемый проект является началом развития нового научного подхода, естественным образом объединяющего активность различных функциональных систем организма в единую сетевую модель.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ