Автономная нервная система (АНС) иннервирует все органы человеческого организма. Она включает две ветви: парасимпатическую (вагус) и симпатическую (нервные волокна спускающиеся вдоль позвоночного столба), а также центры регуляции, расположенные в стволе мозга [1]. Эта система играет важнейшую роль в обеспечении нормального функционирования здорового организма и в частности, сердечно-сосудистой системы (ССС). Нарушения работы элементов автономного контроля являются важным фактором развития тяжелых патологий, включая нейропатии, артериальную гипертензию, астму и др. Активность элементов АНС может быть оценена в неинвазивных экспериментах в ходе анализа сигналов ССС [2]. Однако активному внедрению методов диагностики препятствует недостаток фундаментальных знаний об особенностях коллективной динамики элементов АНС и их взаимодействии с другими системами организма. Кроме того экспериментальные сигналы нестационарны зашумлены, отличаются высокой нерегулярностью. Поэтому для их анализа необходимо разрабатывать и развивать специализированные методы. В данной работе представлены некоторые наши наработки, направленные на решение указанных проблем.

Ранее нами было показано, что контуры автономного контроля частоты сердечных сокращений и среднего артериального давления, а также активность центров их контроля (расположенные в стволе головного мозга) могут быть синхронизованы сигналом дыхания, частота которого линейно изменяется во времени [3]. Такие результаты свидетельствуют о том, что указанные контуры регуляции могут рассматриваться, как взаимодействующие автогенераторы, находящиеся под воздействием сигнала дыхания.

Такие выводы позволили исследовать синхронизацию между указанными контурами автономного контроля. Однако в силу нестационарности сигналов и сложности динамики исследуемых систем для этого пришлось разработать специализированный метод [4]. Полученные результаты свидетельствуют о том, что исследуемые контуры демонстрируют длительные интервалы фазовой синхронизации, чередующиеся с периодами несинхронного поведения. При этом время синхронизации контуров отражает состояние здоровья испытуемых и коррелирует с их возрастом [5-7]. Показано, что расчет предложенной меры синхронизации позволяет оценить состояние испытуемых перенесших инфаркт миокарда [8], персонифицировано выбирать медикаментозную терапию при артериальной гипертензии [9], дает важную фундаментальную информацию об организации структуры связей между элементами автономного контроля при анализе сигналов пациентов во время кардиохирургических операций [10].

Полученные результаты позволили создать математические модели ССС, учитывающие нелинейную динамику контуров автономного контроля. Модели позволили объяснить один из механизмов развития артериальной гипертензии [11], хаотическую динамику сердечного ритма [12], особенности динамики CCC по время физиологических тестов [13] и при засыпании [14].

Развитие методов диагностики связей и синхронизации контуров автономного контроля кровообращения и центров их контроля в головном мозге позволило получить важные фундаментальные результаты о функционировании системы кровообращения. На основе полученных результатов были созданы математические модели ССС, которые позволили объяснить особенности сложной нелинейной динамики элементов ССС в норме, при развитии патологий и при воздействии на автономный контроль со стороны высшей нервной деятельности, в частности, в различных стадиях сна.

Работа поддержана грантом РНФ №19-12-00201.