Adaptation reactions of hemodynamic systems on artificially modulated stress in healthy individuals

Abstract

Aim. To study the influence of artificially created stress on hemodynamic parameters  of peripheral microcirculation and variability of the heart rhythm in somatically healthy young individuals.

Materials and Methods. In the study 30 individuals were involved (of them 16 men)  with the mean age 18.2±1.1 years. An artificial stress was created using Stroop method. Assessment of characteristics of hemodynamics of microcirculation (HM) was performed by the method of dynamic scattering of light from erythrocytes. The signal was integrated in the form of three hemodynamic indexes: HI (Hemodynamic Indexes). Low frequency index (HI1) was determined by a slow interlayer interaction, high frequency area (HI3) characterized fast shearing of layers. HI2 took intermediate position (precapillary and capillary blood flow). Variability of cardiointervals isolated from pulse component, was assessed by method of variation pulsometry (Heart Rate Variability, HRV).

Results. In the course of study, increase in the heart rate (HR) in the stage of testing was  observed that confirms a high extent of stress load. In hemodynamics, redistribution of blood  flow was noted toward slow shear velocities (near-wall blood flow). After cessation of stress load,  hemodynamic parameters declined and returned to previous values. Parameters characterizing variability of rhythm – LF (sympathetic component), HF (vagal activity), CVI (non-linear  parasympathetic index) showed a tendency to growth; here, LF/HF ratio did not change.

Conclusion. In result of the carried out study it was possible to formulate a multifactor  picture of variation of parameters of microcirculation and of autonomic regulation of cardiac rhythm specific of reactions of adaptation to induced stress. The quantitative criteria of the  obtained shears may be integrated into stress indexes to be used in clinical practice. A portable mDLS sensor may be supplemented with specific assessment criteria and used for monitoring  of adaptive reactions induced by stressful situations, and for taking early diagnostic and prognostic decisions in the clinical practice, and for self-control of a patient.

About the authors

Yuri N. Smolyakov

Chita State Medical Academy

Author for correspondence.
Email: smolyakov@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-7920-7642
SPIN-code: 7440-6632
ResearcherId: R-5740-2017

PhD, Head of the Department of Medical Physics and Informatics

Russian Federation, Gorkogo str. 39a, 672000, Chita

Boris I. Kuznik

Chita State Medical Academy

Email: bi_kuznik@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2502-9411
SPIN-code: 5807-7229
ResearcherId: D-2743-2018

MD, Professor, Honored Scientist of the Russian Federation, Professor of the Department of Normal Physiology

Russian Federation, Gorkogo str. 39a, 672000, Chita

Svetlana A. Kalashnikova

Chita State Medical Academy

Email: sak-2020@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8360-4624
SPIN-code: 4030-5496

Senior Lecturer, Department of Medical Physics and Informatics

Russian Federation, Gorkogo str. 39a, 672000, Chita

Nikolay A. Nolfin

Chita State Medical Academy

Email: nol.nikol@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2570-4293
SPIN-code: 5376-8731

4th year student

Russian Federation, Gorkogo str. 39a, 672000, Chita

Ekaterina V. Fedorenko

Chita State Medical Academy

Email: fedorenko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0600-7708
SPIN-code: 4711-2143

4th year student

Russian Federation, Gorkogo str. 39a, 672000, Chita, Russia

Mankhar Mikhailovich Mikhahanov

Chita State Medical Academy

Email: mikhahanov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0620-2047
SPIN-code: 6393-8086

4th year student

Russian Federation, Gorkogo str. 39a, 672000, Chita, Russia

References

  1. Сидоренко Г.И., Комиссарова С.М. Способ оценки фаз стресса у человека // Физиология человека. 2011. Т. 37, №5. С. 73-76.
  2. McEwen B.S. Stress, adaptation, and disease: Allostasis and allostatic load // Annals of the New York Academy of Sciences. 1998. Vol. 840, №1. P. 33-44. doi: 10.1111/j.1749-6632.1998.tb09546.x
  3. Stroop J.R. Studies of Interference in Serial Verbal Reactions // Journal of Experimental Psychology. 1935. Vol. 18, №6. P. 643-661.
  4. Scarpina F., Tagini S. The Stroop color and word test // Frontiers in Psychology. 2017. №8. P. 557. doi: 10.3389/fpsyg.2017.00557
  5. Сидоренко Г.И., Фролов А.В., Воробьёв А.П. Психоэмоциональные тесты и перспектива их применения в кардиологии // Кардиология. 2004. Т. 44, №6. С. 59.
  6. Сысоева Т.А. Теоретический анализ механизмов возникновения эмоционального эффекта Струпа // Психология. Журнал Высшей школы экономики. 2014. Т. 11, №1. С. 49-65.
  7. Смоляков Ю.Н., Калашникова С.А., Федоренко Е.В., и др. Динамические реакции активности коры головного мозга и микроциркуляции на стимулированный стресс // Забайкальский медицинский вестник. 2017. №2. С. 148-153.
  8. Fine I., Kaminsky A. Speckle-based measurement of the light scattering by red blood cells in vivo // Dynamics and Fluctuations in Biomedical Photo-nics VIII. 2011. Vol. 7898. P. 78980A. doi:10. 1117/12.881991
  9. Kuznik B.I., Smolyakov Y.N., Davydov S.O., et al. Impact of Fitness Status on the Optically Measured Hemodynamic Indexes // Journal of Healthcare Engineering. 2018. Vol. 2018. Article ID1674931. doi: 10.1155/2018/1674931
  10. Ладнич Н.А., Смоляков Ю.Н. Возможные варианты формирования интегральных показателей оценки биомедицинских исследований // Информатика и системы управления. 2007. №S1. С. 16-18.
  11. Shaffer F., Ginsberg J.P. An Overview of Heart Rate Variability Metrics and Norms // Frontiers in Public Health. 2017. №5. P. 258. doi:10.3389/ fpubh.2017.00258
  12. R Core Team (2018). R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria. Available at: https://www.R-project.org/. Accessed: 2019 March 23.
  13. Wilcoxon F. Individual Comparisons by Ranking Methods // Biometrics Bulletin. 1945. Vol. 1, №6. P. 80-83. doi: 10.2307/3001968
  14. Hommel G. A Stagewise Rejective Multiple Test Procedure Based on a Modified Bonferroni Test // Biometrika. 1988. Vol. 75, №2. P. 383-386. doi:10. 1093/biomet/75.2.383
  15. Kim H.G., Cheon E.J., Bai D.S., et al. Stress and Heart Rate Variability: A Meta-Analysis and Review of the Literature // Psychiatry Investigation. 2018. Vol. 15, №3. P. 235-245. doi: 10.30773/pi.2017.08.17
  16. Renaud P., Blondin J.P. The stress of Stroop performance: physiological and emotional responses to color-word interference, task pacing, and pacing speed // International Journal of Psychophysiology. 1997. Vol. 27, №2. С. 87-97. doi: 10.1016/S0167-8760(97)00049-4
  17. Tuchin V.V., ed. Handbook of Photonics for Biomedical Science. CRC Press; 2010.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Dynamics of heart rate

Download (220KB)
3. Fig. 2. Dynamics of HI1 hemodynamic index

Download (310KB)
4. Fig. 3. Dynamics of non-linear parasympathetic index CVI

Download (314KB)

Copyright (c) 2020 Smolyakov Y.N., Kuznik B.I., Kalashnikova S.A., Nolfin N.A., Fedorenko E.V., Mikhahanov M.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».