Mérések

Kísérletek állt a spontán légzés 10 percig, majd három időközönként irányított magas kamatozású légzés (Fig. 1, Zöld árnyékos területek) 4 perc spontán légzéssel. Az első irányított légzés intervallum volt 90% – a RHR (kezdődött, mintegy 600 s), a második intervallum (start idő körülbelül 1000 ek) megfelelt a légzés aránya egyenlő a RHR, a harmadik intervallum (1400 körül s) szükséges légzés 120% – a RHR. A légzést irányító animáció 100 teljes légzési cikluson át tartott. Az ebben a munkában vizsgált 22 önkéntes irányított intervallumainak száma összesen 66.

pillanatnyi légzési sebesség (kék) és pulzusszám (piros) az önkéntes 11. Az irányított légzés régiói árnyékoltak. Az ” x ” és ” + ” jelölők a légzésjelben maximának, az EKG-jelben pedig R-csúcsnak felelnek meg. Nem jelenik meg az összes 10 perces pihenőidő az elején, mivel ezeket az adatokat ebben a cikkben kifejezetten nem elemezzük.

az EKG és a légzőszervi jelek egyidejű felvételét végezték. A módszerek szakaszban leírt adatfeldolgozási eljárás szerint mind a légzés, mind a pulzusszám Hertzben származik; azonban, szemléltető célokra ebben a tanulmányban, az arányokat percenkénti ütemben (BPM) mutatjuk be. A szív és a légzés aránya az ábrán látható. 1. adjon világos képet a kísérleti kialakításról, a megnövekedett légzési sebesség intervallumaival, amelyek élesen emelkednek az RHR-hez közeli sebességre. A pulzusszám a légzési sebesség fokozatos változására ad választ; ezeket a lépésválaszokat az alábbiakban tárgyaljuk.

légzési sebesség mint hajtóerő

a kísérlet kialakításának köszönhetően az irányított intervallumok alatt a légzési sebesség állandó volt. A kísérletek azonban azt mutatták, hogy az egyének nem tudták pontosan követni a metronóm sebességét, így a pillanatnyi légzési sebesség változékony volt. Ezenkívül néhány esetben nyelést vagy köhögést figyeltek meg. Az átlagos légzési sebesség azonban megfelelt a metronóm által meghatározott irányított értékeknek. A 2.ábra kiemeli, hogy az önkéntesek milyen szorosan követték a metronómot: a 2. normalizált intervallumhoz (100% RHR) viszonyítva az 1. és 3. intervallum átlagos aránya nagyon közel áll a 0,9 (90% RHR) és az 1,2 (120% RHR) értékekhez, a kísérleti eljárás szerint. Erre önkéntes (ábra. 2), az egyes intervallumok átlagától való eltérés kevesebb, mint 4%. A légzési sebesség átlagát és szórását minden intervallumra és önkéntesre vonatkozóan az alátámasztó információk (SI) SI1.táblázata mutatja. A legtöbb intervallum esetében a szórás kevesebb, mint 10%. A légzési sebesség szórása határozza meg az irányított légzési sebesség közötti minimális lehetséges lépéslépéseket. A kohorsz esetében kapott légzési arány szórásának értékei megerősítik, hogy a kiválasztott 10% – os és 20% – os növekményes változások az RHR tekintetében statisztikailag szignifikáns változást garantálnak a légzési arány átlagértékében az irányított légzés intervallumai között.

a 2. intervallum átlagos légzési sebességével normalizált pillanatnyi légzési sebességet az ” x ” jelölő mutatja. A szaggatott fekete vonalak a sebesség szórását képviselik, míg a szilárd fekete vonal az adott intervallum átlagos légzési sebessége. Feltételezve, hogy egy önkéntes jól követi a metronómot, a szórásvonalak közötti tartomány kicsi lesz. A normalizáció az RHR-hez viszonyított arányos légzési sebességet mutatja. Adatok önkéntes 11.

a Shapiro-Wilk normality teszt azt mutatta, hogy a 66 irányított intervallumból 33-nál a légzési sebesség általában eloszlik. A normalitástól való eltérések elsősorban köhögéssel és/vagy nyeléssel járnak. A Kwiatkowski-Phillips-Schmidt-Shin (KPSS) teszt kimutatta, hogy a 66-ból szinte minden (63) intervallum trend-helyhez kötött. Így az irányított légzési sebesség sztochasztikus összetevője Gauss-véletlenszerű folyamatként ábrázolható, maga a légzési jel pedig állandó amplitúdóval és változó frekvenciával rendelkező sztochasztikus kvázi-harmonikus oszcillációknak felel meg (Lásd az ábrát . SI1 in SI).

a pulzusszámra adott válasz a légzési sebesség lépésbeli változására

a pulzusszám átlagos és standard eltérését minden intervallumra és önkéntesre vonatkozóan az SI2 táblázat mutatja. Ezen adatok változékonysága lényegesen erősebb, mint a légzési sebesség adatai. Ez a pulzusszám nem statikus dinamikájával magyarázható. Ezzel szemben az irányított légzési sebességgel a KPSS teszt kimutatta, hogy a 66 nagy sebességű légzési intervallumból 63 esetében a pillanatnyi pulzusszám nem helyhez kötött. Ezenkívül a Shapiro-Wilk teszt azt mutatta,hogy a 66 pulzusszám-intervallumból 49 általában nem oszlik el. Ne feledje, hogy a 120% – os légzési sebességgel rendelkező intervallumok, amelyek a szinkronizálást várhatóan megjelenítő intervallumok voltak, nem korreláltak közvetlenül azokkal az intervallumokkal, amelyek pulzusszámát általában elosztották.

Az észlelt nem-stationaritás átmeneti alkalmazkodási időszakokhoz kapcsolódik, amelyeket a legtöbb irányított intervallumban megfigyeltek, a pulzusszám az előírt légzési sebességhez képest aránytalan szintre emelkedik, rámpa választ képezve. Az alkalmazkodás különösen a nagy sebességű légzés első intervallumában volt látható (1.ábra). 1). Ettől függetlenül, feltételezve, hogy egy önkéntes ellazult és folytatta a légzési metronómot, a pulzusszámuk ennek megfelelően lett beállítva. Ez az átmeneti időszak kevésbé hangsúlyos a következő második és harmadik intervallumokban.

a tranziens válasz elemzéséhez a pulzusszám lassú trendjét a módszerek szakaszban leírt mozgóátlag módszerrel számították ki. Különböző trendmintákat figyeltek meg (ábra. SI2 SI-ben) és bizonyos időközönként nem volt trend. Az ábrán bemutatott példában. 3, az első intervallum overshooting választ mutat egy kezdeti pulzusszám-emelkedéssel, amelyet bomlás követ; ez a viselkedés jellemző volt kohorszunkra (ezekre a parcellákra példa található az összes önkéntes számára az ábrán. SI2 in SI). A második és a harmadik intervallum mintái összetettebbek voltak, de a többség az arány átmeneti emelkedését is magában foglalta. A durva becslések azt mutatták, hogy a pulzusszám átmeneti emelkedésének időtartama 10-100 másodpercig tartott. Ez a megfigyelés megkérdőjelez néhány eredményt19, 20, 21, ahol az irányított légzés teljes időtartama körülbelül 30 másodperc volt. Bizonyos időközönként úgy tűnt, hogy a pulzusszám a kezdeti alkalmazkodás után egyensúlyi állapotértékre hajlamos. Azonban nem figyeltek meg egyértelmű egyensúlyi állapotot, és az esetek többségében a pulzusszám továbbra is diffúz volt. Valójában az ilyen vándorló dinamika a szívráta22 egyik jellemzője, amelyet a szinkronizálás elemzésekor figyelembe kell venni.

a pulzusszám alakulása az irányított légzés intervallumaiban. A fekete görbék megfelelnek a trendeknek. A piros vonalak minden intervallumra meghatározzák a légzési sebesség középértékét (szilárd vonal) és szórását (szaggatott vonalak). Minden adat a 2. intervallum átlagos légzési sebességével normalizálódott. A tervezett pulzusszám-válasz azt jelenti, hogy a fekete görbe a piros szaggatott vonalakba esik, amennyire csak lehetséges. Adatok önkéntes 11.

szinkronizálás

az összes irányított légzésintervallumot és spontán pihenőidőt magában foglaló synchrogram6 példája látható az ábrán. 4, ahol Ψ a légzésjel relatív fázisát képviseli (lásd a módszerek részt). Egy epizód fázis szinkronizálás az arány 1:Az 1 az irányított légzés harmadik intervallumában 1400 s és 1450 s közötti plateaued vonalként látható, ahol az arány az RHR 120% – ára van beállítva. Ebben az epizódban a pulzusszám vándorlása korlátozott, a pulzusszám pedig egy adott érték körül ingadozik (1.ábra). 3 (c)). Az epizód előtt és után a pulzusszám diffúz viselkedést mutat.

synchrogram for önkéntes 11. Az árnyékolt régiók megfelelnek az irányított légzés régióinak. A Ψ fázis radiánokban jelenik meg.

a 22 önkéntes közül 18 esetében a CRS a harmadik intervallumban fordult elő, amikor az irányított légzési arány magasabb volt, mint az RHR. Négy önkéntes esetében (2., 10., 20. és 21. szám) a második intervallumban szinkronizációs epizódokat figyeltek meg, amikor a légzési sebességet az RHR-vel egyenlőnek szánták. A pulzusszám további elemzése az irányított légzés előtti 10 perces pihenőidő alatt azt sugallja, hogy az ezekre számított RHR érték potenciálisan túl magas volt, így ebben a második intervallumban a légzési sebesség meghaladta a tényleges RHR értéket. Így minden önkéntes esetében CRS-t figyeltek meg, amikor a légzési arány magasabb volt, mint az RHR. Sok esetben a CRS egynél több epizódját figyelték meg ugyanabban az időintervallumban. Ezeket az epizódokat automatikusan azonosította a 6 λ szinkronizációs index és a φ határolt fáziskülönbség a módszerek szakaszban leírtak szerint. A leghosszabb epizódot különválasztották, és kiszámították az adott intervallum összes epizódjának teljes időtartamát. Az összes eredményt az 1. táblázat foglalja össze a legközelebbi másodpercre adott időpontokkal. A két módszerrel kiszámított CRS-időtartamok közeli értékeket hoztak létre. A legtöbb önkéntes esetében a leghosszabb epizódot meghosszabbították, 20-80 másodperces időtartamokkal, ami az irányított légzés teljes időtartamának 30-98% – ának felel meg.

egy önkéntes (3.szám) nagyon rövid CRS-epizódokkal rendelkezett. Az önkéntes és önkéntes 2 esetében a fáziskülönbség és a harmadik intervallum arányának dinamikáját az ábra mutatja. 5 (hasonló összehasonlító telkek találhatók az összes önkéntes számára az ábrán. SI3 in SI). Ezen parcellák értelmezése lehetővé teszi az 1. táblázatban meghatározott időtartamok vizualizálását. A felső panel (plot (A) és (e) az ábrán. 5) a pulzusszám és a légzési sebesség közötti fáziskülönbséget mutatja. A fáziskülönbség 2 π-nél kisebb korlátozott tartományban történő oszcillációja, vagy a fáziskülönbség egy hosszabb ideig állandó értékhez közeli értéke jelzi a két jel közötti fázisszinkronizációt. A különböző önkéntesek szinkronizációs epizódjainak időtartamát az 1.táblázat mutatja. A második panel (plot (B) és (f)) a szinkronizálási index időfüggőségét mutatja. Az egyhez közeli index értéke 1:1 szinkronizálást jelent két oszcilláló jel között. A kísérletileg indokolt 0,7-es küszöb feletti kiterjesztett epizódok határozzák meg a λ értékét az 1. táblázatban. A harmadik panel (C) és g) a szinkrogramot mutatja a nagy sebességű légzés teljes időtartamára. A szinkrogram fázisszinkronizációs pontjai egy fennsíkot mutatnak. Az ilyen fennsíkok az egyik jel fázisát képviselik, amely nem változik több mint egy teljes periódussal a második jel fázisához képest. A végső panel (D) és h) a szív és a légzési arányok ábrázolása a pillanatnyi sebesség összehasonlítására a fázisok dinamikájával való szinkronizálás epizódjai során. A szaggatott vörös vonalak a légzési sebesség nagy változékonyságát képviselik még a szabályozott légzés esetén is-minél nagyobb ez a tartomány, annál változóbb a légzési sebesség, így annál rosszabb az önkéntes állandó aránya. A szilárd vörös vonal az átlagos légzési sebesség, a kék vonal pedig a pillanatnyi légzési sebesség dinamikáját mutatja az intervallum alatt. A (D) és (h) parcellák fekete vonala a pulzusszámnak felel meg, nagyfrekvenciás oszcillációkkal, mozgó átlag technikák alkalmazásával. A fázisszinkronizálás epizódjai során a fekete vonal várhatóan teljes mértékben a szaggatott vörös vonalak közé esik, ami azt jelenti, hogy a pulzusszám változékonysága a légzési sebesség változékonyságán belül van.

szinkronizációs intézkedések az önkéntes 2 (balra) és az önkéntes 3 (jobbra) számára. A számok (a, e) a fáziskülönbséget mutatják,a számok (b, f) a szinkronizálási indexet,a számok (c, g) a szinkrogramot,a számok (d, h) pedig a simított szív (fekete vonal) és a légzőszervi (kék vonal) arányokat. A számokban (d,h) a piros vonalak minden intervallumra meghatározzák a légzési sebesség középértékét (szilárd vonal) és szórását (szaggatott vonalak).

Az ábrán. 5, mindkét esetben a pulzusszám (ábra. 5 (d,h)) vizuálisan közel vannak a teljes intervallum légzési sebességéhez,de a fázisdinamika (ábra. 5 (a,e))) rendkívül különbözőek. A fáziskülönbség φ (ábra. 5 (a)) az önkéntes 2 esetében korlátozott és majdnem állandó, míg az önkéntes 3 esetében monoton módon növekszik (3.ábra). 5 (e))). Ez a jelentős különbség a fázis – és sebességdinamika között hangsúlyozza a minőségi megközelítések, mint például a fázisleírás használatának fontosságát a sztochasztikus és/vagy nem statikus komponensekkel rendelkező jelek szinkronizálásának elemzéséhez.

mint már említettük, a CRS-epizódokat a második intervallumban figyelték meg (az arány az RHR-nek felel meg) négy önkéntes esetében. Ezért harmadik intervallumuk szignifikánsan magasabb légzési aránynak felel meg, mint az RHR. A φ fáziskülönbségnek mind a három intervallumra vonatkozó időbeli alakulása az ábrán látható. 6 az egyik ilyen önkéntesek. A φ fáziskülönbség az első intervallum alatt monoton módon növekszik, mivel a szív rezgései gyorsabbak, mint a légzés. A második intervallum korlátozott, majdnem állandó fáziskülönbsége a szinkronizációs hatás megnyilvánulását mutatja. A harmadik intervallumban a helyzet ellentétes, a fáziskülönbség monoton módon csökken. Vegye figyelembe, hogy minden más önkéntes esetében a harmadik intervallum megfelelt a szinkronizálási intervallumnak, így korlátozott fáziskülönbségnek.

fáziskülönbségek φ három irányított légzési intervallum esetén az önkéntes 2. A kék, piros és zöld görbék az első (90% RHR), a második (100% RHR) és a harmadik (120% RHR) intervallumoknak felelnek meg. A fáziskülönbségeket 2π-vel normalizálják.

egyértelmű különbség van a szinkronizációs epizódok időtartamában a sportolók (csillaggal kiemelve) és a nem sportolók (1.táblázat) eredményei között. Meg kell jegyezni, hogy a legtöbb sportoló szignifikánsan alacsonyabb RHR-t mutatott, körülbelül 50 BPM-t (Si1 táblázat SI-ben), összehasonlítva más önkéntesekkel, így alacsonyabb sebességgel lélegzik az irányított légzés időközönként. Ez vezet egy életrajz probléma a tervezés a kísérlet – a szerelő az egyén, és minél alacsonyabb a RHR, annál lassabban kellett lélegezni, annak ellenére, hogy valószínűleg jobban képes fenntartani a magasabb légzési arány, mint a nem-sportolók. Minden sportolónak hosszú szinkronizációs epizódja volt. A nem sportolók eredményei kevésbé konzisztensek; azonban a kohorszban a szinkronizálás leghosszabb epizódját egy nem sportoló (önkéntes 2) esetében figyelték meg.

mivel a tanulmányban szereplő 10 sportoló közül 9 férfi, a szinkronizációs epizódok általános összehasonlítása a férfi és női résztvevők között nem feltétlenül reprezentatív az egyenletesen elosztott populációra, és eredendően elfogult lenne a fent tárgyalt sportolók és nem sportolók közötti különbség. A nem sportolókat tekintve azonban 5 hím és 7 nőstény van. Az 1. táblázatból látható, hogy a 12 nem sportoló esetében nincs különbség a férfi és a női eredmények között. A szinkronizálás epizódjai és a teljes időtartam hasonló hosszúságú. Véletlenül, mind a leghosszabb, mind a legrövidebb szinkronizációs epizódok nők voltak (önkéntes 2, illetve 3), egyértelmű különbségekkel az eredmények között. 5.

bár a kutatásban figyelembe vett szinkronizációs intézkedések sikeresen azonosították a CRS epizódjait, fontos hangsúlyozni, hogy ezek az epizódok továbbra is véletlenszerűek lehetnek, kardio-légzési interakció nélkül. Sőt, már említettük, hogy a pulzusszám mutatja vándorlás (diffúz) dinamika, változások széles tartományban. Ennek a diffúzságnak köszönhetően, amikor a légzés és a pulzusszám egy ideig közel áll egymáshoz, átlagos arányuk közel azonos, és ezekben a rövid időszakokban az arányok között nincs különbség. Ez viszont azt jelentené, hogy minden intézkedés, azaz a szinkrogram, a szinkronizálási index és a fáziskülönbség ezeket az időszakokat szinkronizációs epizódokként azonosítaná, még akkor is, ha valódi kardio-légzési kölcsönhatás nincs. Ezért ebben a munkában azt is bizonyítjuk, hogy a megfigyelt epizódok nem véletlenszerűek a helyettesítő adatok alkalmazásával.

vegyük fontolóra a véletlenszerű, általában elosztott adatok felhasználásával generált légzést és pulzusszámot, és derítsük ki ezen adatok szinkrogramját és szinkronizálási indexét. A légzés és a pulzusszám átlagértékei (70 BPM) és standard eltérései (3%) egyenlőek, és két különböző véletlen idősornak felelnek meg. Ezeket az arányokat a módszerek szakaszban leírtak szerint pillanatnyi időszakokká alakították át, ami két helyettesítő idősorhoz vezet: az EKG-jel egyik r-csúcsához, a másik pedig a légzési jel maximájához. Ezután ugyanazokat a jelfeldolgozási technikákat alkalmazták, mint a kísérleti adatokra, a Ψ fáziskülönbséget pedig a λ szinkronizálási indexgel együtt számították ki (ábra. 7). Látható, hogy a fázis Ψ (ábra. 7a) hosszú ideig majdnem állandó (ΨC ≈ 2), A λ szinkronizációs index (ábra. 7b) nagyobb, mint a küszöbérték (0,7) az összes intervallum. Ezért ezeknek a helyettesítő adatoknak a szinkronizálási epizódjai egyértelműen megfigyelhetők. Fontos megjegyezni, hogy a helyettesítő adatok esetében a Ψ fázis majdnem állandó értéke a Szinkrogramon véletlenszerű érték, annak ellenére, hogy minden olyan intézkedés, amely szinkronizációs epizódokat mutat. Például az ábrán. 7 a fázis 2 körül van (ΨC ≈ 2), de más értéket venne igénybe egy másik helyettesítő adatkészlethez. Következésképpen a véletlenszerűen megfigyelt szinkronizáláshoz a p(Ψ) eloszlásának egy sor méréshez egységesnek kell lennie, mivel az idősorok teljes mértékben függetlenek. Másrészt a p(Ψ) egyenletes eloszlástól való eltérés a kardio és a légzőrendszer közötti kapcsolódás jelenlétét jelzi. A Füge. 8, a p(Ψ) eloszlása a kísérleti adatainkból származik mind a 22 irányított légzés intervallumában, az összes önkéntes szinkronizációs epizódjaival. A Ψ értékeit szinkrogram-parcellákból választottuk ki, amikor λ > 0.9. A küszöbértéket növelték a kísérleti analízissel szemben, hogy kiemeljék a legerősebb interakció epizódjait (vegye figyelembe, hogy más küszöbértékek, például 0.7, az eloszlás hasonló alakjához vezet). Az eloszlás (ábra. 8) ferde, és a legvalószínűbb értéke 4; ΨC ≈ 4. Ez az eredmény azt jelzi, hogy kísérleti adatainkban megfigyelhető a Fáziszárás egy adott Ψ értéknél, ezért a szinkronizációs epizódok nem véletlenek, és valódi kardio-légzőszervi kölcsönhatásból származnak.

Synchrogram (A) és szinkronizációs index (b) a helyettesítő adatokra; az átlag 70 BPM, a szórás pedig 3%. A piros és a magenta szaggatott vonalak λ = 0,7, illetve λ = 0,9-nek felelnek meg.

valószínűségi sűrűség p(ψ) a kísérleti adatok látható egy bar chart. A Ψ fázis radiánokban jelenik meg.