perinatologyРоссийский вестник перинатологии и педиатрииRossiyskiy Vestnik Perinatologii i Pediatrii (Russian Bulletin of Perinatology and Pediatrics)1027-40652500-2228Ltd. “The National Academy of Pediatric Science and Innovation”10.21508/1027-4065-2018-63-4-52-57perinatology-695Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESОСОБЕННОСТИ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА У НОВОРОЖДЕННЫХPECULIARITIES OF HEART RATE VARIABILITY IN NEWBORNShttps://orcid.org/0000-0003-3387-4321ПанинаО. С.PaninaO. S.

д.м.н., доцент кафедры госпитальной, поликлинической педиатрии и неонатологии

Saratov

https://orcid.org/0000-0003-3967-3950КиселевА. Р.KiselevA. R.

д.м.н., вед. н. сотр. отдела продвижения новых кардиологических информационных технологий НИИ кардиологии;

проф. кафедры динамического моделирования и биомедицинской инженерии,

410012 Саратов, ул. Большая Казачья, д. 112

Saratov

https://orcid.org/0000-0002-9621-039XБоровковаЕ. И.BorovkovaE. I.

асс. кафедры динамического моделирования и биомедицинской инженерии

Saratov

https://orcid.org/0000-0002-6896-7563ЧерненковЮ. В.ChernenkovYu. V.

д.м.н., проф., зав. кафедрой госпитальной, поликлинической педиатрии и неонатологии

Saratov

https://orcid.org/0000-0001-9380-8292СказкинаВ. В.SkazkinaV. V.

инженер кафедры динамического моделирования и биомедицинской инженерии

Saratov

https://orcid.org/0000-0001-6807-7934ГридневВ. И.GridnevV. I.

д.м.н., рук. отдела продвижения новых кардиологических информационных технологий НИИ кардиологии;

проф. кафедры динамического моделирования и биомедицинской инженерии,

410012 Саратов, ул. Астраханская, д. 83

Saratov

https://orcid.org/0000-0001-6065-1751МурееваЕ. Н.MureevaE. N.

ординатор кафедры госпитальной, поликлинической педиатрии и неонатологии

Saratov

https://orcid.org/0000-0003-4678-3648КараваевА. С.KaravaevA. S.

к.ф-м.н., доцент кафедры динамического моделирования и биомедицинской инженерии,

ст. н. сотр. лаборатории моделирования в нелинейной динамике,  

410019 Саратов, ул. Зеленая, д. 38

Saratov

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского» Минздрава России, СаратовРоссияSaratov State Medical University n.a. V.I. Razumovsky of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian FederationФГБОУ ВО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского» Минздрава России; ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского»РоссияSaratov State Medical University n.a. V.I. Razumovsky of the Ministry of Health of the Russian Federation; Saratov National Research State University n.a. N.G. ChernyshevskyRussian FederationФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского»РоссияSaratov National Research State University n.a. N.G. ChernyshevskyRussian FederationФГБОУ ВО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского» Минздрава России, Саратов ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского»РоссияSaratov State Medical University n.a. V.I. Razumovsky of the Ministry of Health of the Russian Federation; Saratov National Research State University n.a. N.G. ChernyshevskyRussian FederationФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского»; Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАНРоссияSaratov National Research State University n.a. N.G. Chernyshevsky; Saratov Branch of the Institute of RadioEngineering and Electronics n.a. V.A. Kotelnikov of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2018100920186345257Copyright © Ltd. “The National Academy of Pediatric Science and Innovation”, 20182018Ltd. “The National Academy of Pediatric Science and Innovation”Ltd. “The National Academy of Pediatric Science and Innovation”https://www.ped-perinatology.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.ped-perinatology.ru/jour/article/view/695

Показатели вариабельности сердечного ритма имеют потенциально важное значение для оценки вегетативной дисфункции у детей.

Цель исследования

Цель исследования: сравнительное изучение спектральных показателей вариабельности сердечного ритма и синхронизации низкочастотных колебаний, характеризующих барорефлекс, в вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы в норме у новорожденных и взрослых лиц.

В исследование включены 15 здоровых новорожденных и 60 здоровых лиц в возрасте 18–34 лет. Выполнялись синхронные записи электрокардиограмм и фотоплетизмограмм длительностью 10 мин, в покое. Были оценены спектральные показатели вариабельности сердечного ритма и индекс синхронизации низкочастотных колебаний в вариабельности сердечного ритма и фотоплетизмограммы (индекс S).

Результаты

Результаты. У новорожденных пик низкочастотных колебаний находился преимущественно в диапазоне 0,07–0,09 Гц, а высокочастотных – 0,40–0,50 Гц. Новорожденные имели более низкие значения LF%, чем взрослые: 22,8 (14,1; 29,4) против 32,9 (25,1; 41,9) (р=0,009). Индекс S у новорожденных составил 20,1 (16,9; 26,5)%, при 33,2 (21,2; 45,4)% – у взрослых здоровых лиц (р=0,023).

Заключение

Заключение. Впервые показано, что взаимодействие барорефлекторной регуляции ритма сердца и периферического кровенаполнения у здоровых новорожденных характеризуется более низкими значениями индекса S, относительно здоровых взрослых лиц, что может быть объяснено незрелостью элементов вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы. 

Heart rate variability values are potentially important for assessing vegetative dysfunction in children.

The purpose of the research: a comparative study of spectral heart rate variability parameters and synchronization of low-frequency oscillations, characterizing baroreflex in the vegetative regulation of the cardiovascular system in healthy newborns and adults.

15 healthy newborns and 60 healthy individuals in the age of 18-34 years old were included in the study. We performed synchronous recording of electrocardiograms and photoplethysmograms with 10 minutes duration, at rest. Were evaluated spectral heart rate variability indices and the index of synchronization of low-frequency oscillations in heart rate variability and photoplethysmograms (S index).

Results

Results. In newborns, the peak of low-frequency oscillations was predominantly in the range 0.07–0.09 Hz, and high frequency 0.40–0.50 Hz. Newborns had lower LF% values than adults: 22.8 (14.1, 29.4) vs 32.9 (25.1, 41.9) (p=0.009). The S index in newborns was 20.1 (16.9, 26.5)%, and 33.2 (21.2, 45.4)% in healthy adults (p=0.023).

Conclusion

Conclusion. We have first demonstrated that the interaction of baroreflex regulation of heart rhythm and peripheral blood filling in healthy newborns is characterized by lower values of S index, than in healthy adults, which can be explained by the immaturity of the vegetative regulatory elements of the cardiovascular system. 

новорожденныйвегетативная регуляциявариабельность сердечного ритмабарорефлекссинхронизацияnewbornvegetative regulationheart rate variabilitybaroreflexsynchronizationReferencesAllen J., Di Maria C., Mizeva I., Podtaev S. Finger microvascular responses to deep inspiratory gasp assessed and quantified using wavelet analysis. Physiological Measurement 2013; 34 (7): 769–779. DOI: 10.1088/0967-3334/34/7/769Allen J., Di Maria C., Mizeva I., Podtaev S. Finger microvascular responses to deep inspiratory gasp assessed and quantified using wavelet analysis. Physiological Measurement 2013; 34 (7): 769–779. DOI: 10.1088/0967-3334/34/7/769Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Circulation 1996; 93: 1043–1065. DOI: 10.1161/01.CIR.93.5.1043Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Circulation 1996; 93: 1043–1065. DOI: 10.1161/01.CIR.93.5.1043Giddens D.P., Kitney R.I. Neonatal heart rate variability and its relation to respiration. J Theor Biol 1985; 113 (4): 759–780. DOI: 10.1016/S0022-5193(85)80192-2Giddens D.P., Kitney R.I. Neonatal heart rate variability and its relation to respiration. J Theor Biol 1985; 113 (4): 759–780. DOI: 10.1016/S0022-5193(85)80192-2Пономаренко В.И., Гриднев В.И., Прохоров М.Д., Беспятов А.Б., Бодров М.Б., Караваев А.С. Синхронизация сердцебиения и ритма регуляции сосудистого тонуса с дыханием. Биомедицинская радиоэлектроника 2004; 8-9: 40–51.Ponomarenko V.I., Gridnev V.I., Prokhorov M.D., Bespyatov A.B., Bodrov M.B., Karavaev A.S. Synchronization of heart rhythm and vascular tone regulation with breathing. Biomeditsinskaya radioehlektronika (Biomedical Radioelectronics) 2004; 8–9: 40–51. (in Russ)Cevese A., Gulli G., Polati E., Gottin L., Grasso R. Baroreflex and oscillation of heart period at 0.1 Hz studied by alphablockade and cross-spectral analysis in healthy humans. J Physio 2001; 531 (Pt 1): 235–244. DOI: 10.1111%2Fj.1469-7793.2001.0235j.xCevese A., Gulli G., Polati E., Gottin L., Grasso R. Baroreflex and oscillation of heart period at 0.1 Hz studied by alphablockade and cross-spectral analysis in healthy humans. J Physio 2001; 531 (Pt 1): 235–244. DOI: 10.1111%2Fj.1469-7793.2001.0235j.xProkhorov M.D., Ponomarenko V.I., Gridnev V.I., Bodrov M.B., Bespyatov A.B. Synchronization between main rhythmic processes in the human cardiovascular system. Phys Rev E 2003; 68: 041913. DOI: 10.1103/PhysRevE.68.041913Prokhorov M.D., Ponomarenko V.I., Gridnev V.I., Bodrov M.B., Bespyatov A.B. Synchronization between main rhythmic processes in the human cardiovascular system. Phys Rev E 2003; 68: 041913. DOI: 10.1103/PhysRevE.68.041913Cooley R.L., Montano N., Cogliati C., Van De Borne P., Richenbacher W., Oren R. et al. Evidence for a central origin of the low-frequency oscillation in RR-interval variability. Circulation 1998; 98: 556–561. DOI: 10.1161/01.CIR.98.6.556Cooley R.L., Montano N., Cogliati C., Van De Borne P., Richenbacher W., Oren R. et al. Evidence for a central origin of the low-frequency oscillation in RR-interval variability. Circulation 1998; 98: 556–561. DOI: 10.1161/01.CIR.98.6.556Silvani A., Magosso E., Bastianini S., Lenzi P., Ursino M. Mathematical modeling of cardiovascular coupling: central autonomic commands and baroreflex control. Auton Neurosci 2011; 162: 66–71. DOI: 10.1016/j.autneu.2011.04.003Silvani A., Magosso E., Bastianini S., Lenzi P., Ursino M. Mathematical modeling of cardiovascular coupling: central autonomic commands and baroreflex control. Auton Neurosci 2011; 162: 66–71. DOI: 10.1016/j.autneu.2011.04.003Karavaev A.S., Ishbulatov Y.M., Ponomarenko V.I., Prokhorov M.D., Gridnev V.I., Bezruchko B.P. et al. Model of human cardiovascular system with a loop of autonomic regulation of the mean arterial pressure. J Am Soc Hypertens 2016; 10 (3): 235–243. DOI: 10.1016/j.jash.2015.12.014Karavaev A.S., Ishbulatov Y.M., Ponomarenko V.I., Prokhorov M.D., Gridnev V.I., Bezruchko B.P. et al. Model of human cardiovascular system with a loop of autonomic regulation of the mean arterial pressure. J Am Soc Hypertens 2016; 10 (3): 235–243. DOI: 10.1016/j.jash.2015.12.014Gordon D., Herrera V.L., McAlpine L., Cohen R.J., Akselrod S., Lang P. et al. Heart rate spectral analysis: a noninvasive probe of cardiovascular regulation in critically ill children with heart disease. Pediatr Cardiol 1988; 9: 69–77. DOI: 10.1007/BF02083703Gordon D., Herrera V.L., McAlpine L., Cohen R.J., Akselrod S., Lang P. et al. Heart rate spectral analysis: a noninvasive probe of cardiovascular regulation in critically ill children with heart disease. Pediatr Cardiol 1988; 9: 69–77. DOI: 10.1007/BF02083703DiPietro J.A., Bornstein M.H., Hahn C.S., Costigan K., AchyBrou A. Fetal heart rate and variability: Stability and prediction to developmental outcomes in early childhood. Child Developm 2007; 78: 1788–1798. DOI: 10.1111/j.1467-8624.2007.01099.xDiPietro J.A., Bornstein M.H., Hahn C.S., Costigan K., AchyBrou A. Fetal heart rate and variability: Stability and prediction to developmental outcomes in early childhood. Child Developm 2007; 78: 1788–1798. DOI: 10.1111/j.1467-8624.2007.01099.xБоярская Л.Н., Котлова Ю.В., Кравец Л.В., Потапенко С.В. К вопросу об оценке функциональных возможностей вегетативной нервной системы у новорожденных на основе изучения сердечного ритма. Вопр соврем педиатр 2012; 6: 149–151.Boyarskaya L.N., Kotlova Yu.V., Kravets L.V., Potapenko S.V. To the problem about estimation of functional ability ofautonomic nervous system in newborns on the basis of heart rate study. Vopr sovrem pediatr 2012; 11 (6): 149–151. (in Russ)Соловьева Г.А. Характеристика состояния вегетативной регуляции по результатам анализа вариабельности сердечного ритма у недоношенных новорожденных с перинатальным поражением центральной нервной системы. Рос вестн перинатол и педиатр 2012; 57 (2): 10–13.Solovyova G.A. Description of the state of the autonomic regu lation on results the analysis of heart rate variability in premature infants with perinatal disorders of the central nervous system. Ros vestn perinatol i pediatr 2012; 57 (2): 10–13. (in Russ)Dimitrijević L., Bjelaković B., Čolović H., Mikov A., Živković V., Kocić M., et al. Assessment of general movements and heart rate variability in prediction of neurodevelopmental outcome in preterm infants. Early Hum Dev 2016; 99: 7–12. DOI: 10.1016/j.earlhumdev.2016.05.014Dimitrijević L., Bjelaković B., Čolović H., Mikov A., Živković V., Kocić M., et al. Assessment of general movements and heart rate variability in prediction of neurodevelopmental outcome in preterm infants. Early Hum Dev 2016; 99: 7–12. DOI: 10.1016/j.earlhumdev.2016.05.014Николаева Т.Н., Дашичев В.В. Исходное состояние и динамика показателей сердечного ритма у недоношенных новорожденных в периоде ранней постнатальной адаптации. Вестник Ивановской медицинской академии 2011; 16 (3): 27–31.Nikolaeva T.N., Dashichev V.V. Iniтial status and dynamics of cardiac rнythm indices in premature newborns in early posтnatal adaptaтion period. Bulletin of the Ivanovo Medical Academy 2011; 16 (3): 27–31. (in Russ)Karavaev A.S., Prokhorov M.D., Ponomarenko V.I., Kiselev A.R., Gridnev V.I., Ruban E.I. et al. Synchronization of low-frequency oscillations in the human cardiovascular system. Chaos 2009; 19: 033112. DOI: 10.1063/1.3187794Karavaev A.S., Prokhorov M.D., Ponomarenko V.I., Kiselev A.R., Gridnev V.I., Ruban E.I. et al. Synchronization of low-frequency oscillations in the human cardiovascular system. Chaos 2009; 19: 033112. DOI: 10.1063/1.3187794Kiselev A.R., Karavaev A.S., Gridnev V.I., Prokhorov M.D., Ponomarenko V.I., Borovkova E.I. et al. Method of estimation of synchronization strength between low-frequency oscillations in heart rate variability and photoplethysmographic waveform variability. Russ Open Med J 2016; 5 (1): e0101. DOI: 10.15275/rusomj.2016.0101Kiselev A.R., Karavaev A.S., Gridnev V.I., Prokhorov M.D., Ponomarenko V.I., Borovkova E.I. et al. Method of estimation of synchronization strength between low-frequency oscillations in heart rate variability and photoplethysmographic waveform variability. Russ Open Med J 2016; 5 (1): e0101. DOI: 10.15275/rusomj.2016.0101Кузнецов А.П., Станкевич Н.В. Синхронизация генераторов квазипериодических колебаний. Нелинейная динамика 2013; 9 (3): 409–419. DOI: 10.20537/nd1303002.Kuznetsov A.P., Stankevich N.V. Synchronization of generators of quasiperiodic oscillations. Nelineinaya Dinamika 2013; 9 (3): 409–419. (in Russ)Боровкова Е.И., Караваев А.С., Пономаренко В.И., Прохоров М.Д. Сопоставление методов диагностики фазовой синхронизованности по тестовым данным, моделирующим нестационарные сигналы биологической природы. Известия Саратовского Университета. Новая серия. Серия Физика 2015; 15 (3): 36–42. DOI: 10.18500/1817-3020-2015-15-3-36-42.Borovkova E.I., Karavaev A.S., Ponomarenko V.I., Prokhorov M.D. Comparison of methods for phase synchronization diagnostics from test data modeling nonstationary signals of biological nature. Izvestiya Saratovskogo Universiteta (News of Saratov University). New Series: Series Physics 2015; 15 (3): 36–42. (in Russ)Тумаева Т.С., Балыкова Л.А. Новорожденные группы высокого риска и электрофизиологическая активность сердца в период ранней адаптации. Вопр соврем педиатр 2014; 13 (1): 141–147.Tumaeva T.S., Balykova L.A. Newborns of high risk groups and electrophysiological cardiac activity during the period of early adaptation. Vopr sovrem pediatr 2014; 13 (1): 141–147. (in Russ)Таранов А.А., Аксенов Д.В., Спиридонов И.Н., Дегтярев Д.Н. Бесконтактное измерение частоты сердечных сокращений у новорожденных. Неонатология: новости, мнения, обучение 2015; 3: 69–73.Taranov A.A., Aksenov D.V., Spiridonov I.N., Degtyarev D.N. Newborn heart rate contactless measurements. Neonatologiya: novosti, mneniya, obuchenie (Neonatology: News, Opinions, Training) 2015; 3: 69–73. (in Russ)Patzak A., Lipke K., Orlow W., Mrowka R., Stauss H., Windt E., et al. Development of heart rate power spectra reveals neonatal peculiarities of cardiorespiratory control. Am J Physiol 1996; 271 (4 Pt 2): R1025–R1032. DOI: 10.1152/ajpregu.1996.271.4.R1025Patzak A., Lipke K., Orlow W., Mrowka R., Stauss H., Windt E., et al. Development of heart rate power spectra reveals neonatal peculiarities of cardiorespiratory control. Am J Physiol 1996; 271 (4 Pt 2): R1025–R1032. DOI: 10.1152/ajpregu.1996.271.4.R1025Longin E., Gerstner T., Schaible T., Lenz T., König S. Maturation of the autonomic nervous system: differences in heart rate variability in premature vs. term infants. J Perinat Med 2006; 34 (4): 303–308. DOI: 10.1515/JPM.2006.058Longin E., Gerstner T., Schaible T., Lenz T., König S. Maturation of the autonomic nervous system: differences in heart rate variability in premature vs. term infants. J Perinat Med 2006; 34 (4): 303–308. DOI: 10.1515/JPM.2006.058Gerhardt T., Bancalari E. Apnea of prematurity: I. Lung function and regulation of breathing. Pediatrics 1984; 74 (1): 58–62.Gerhardt T., Bancalari E. Apnea of prematurity: I. Lung function and regulation of breathing. Pediatrics 1984; 74 (1): 58–62.Finley J.P., Nugent S.T. Heart rate variability in infants, children and young adults. J Auton Nerv Syst 1995; 51 (2): 103– 108. DOI: 10.1016/0165-1838(94)00117-3Finley J.P., Nugent S.T. Heart rate variability in infants, children and young adults. J Auton Nerv Syst 1995; 51 (2): 103– 108. DOI: 10.1016/0165-1838(94)00117-3Mehta S.K., Super D.M., Connuck D., Salvator A., Singer L., Fradley L.G., et al. Heart rate variability in healthy newborn infants. Am J Cardiol 2002; 89 (1): 50–53. DOI: 10.1016/S0002-9149(01)02162-2Mehta S.K., Super D.M., Connuck D., Salvator A., Singer L., Fradley L.G., et al. Heart rate variability in healthy newborn infants. Am J Cardiol 2002; 89 (1): 50–53. DOI: 10.1016/S0002-9149(01)02162-2Longin E., Schaible T., Lenz T., König S. Short term heart rate variability in healthy neonates: normative data and physiological observations. Early Hum Dev 2005; 81 (8): 663–671. DOI: 10.1016/j.earlhumdev.2005.03.015Longin E., Schaible T., Lenz T., König S. Short term heart rate variability in healthy neonates: normative data and physiological observations. Early Hum Dev 2005; 81 (8): 663–671. DOI: 10.1016/j.earlhumdev.2005.03.015PortaA., GuzzettiS., FurlanR., Gnecchi-RusconeT., MontanoN., Malliani A. Complexity and nonlinearity in short-term heart period variability: comparison of methods based on local nonlinear prediction. IEEE Trans Biomed Eng 2007; 54: 94–106. DOI: 10.1109/TBME.2006.883789PortaA., GuzzettiS., FurlanR., Gnecchi-RusconeT., MontanoN., Malliani A. Complexity and nonlinearity in short-term heart period variability: comparison of methods based on local nonlinear prediction. IEEE Trans Biomed Eng 2007; 54: 94–106. DOI: 10.1109/TBME.2006.883789Czippelova B., Chladekova L., Uhrikova Z., Javorka K., Zibolen M., Javorka M. Time irreversibility of heart rate oscillations in newborns – Does it reflect system nonlinearity? Biomed Signal Process Control 2015; 19: 85–88. DOI: 10.1016/j.bspc.2015.03.003Czippelova B., Chladekova L., Uhrikova Z., Javorka K., Zibolen M., Javorka M. Time irreversibility of heart rate oscillations in newborns – Does it reflect system nonlinearity? Biomed Signal Process Control 2015; 19: 85–88. DOI: 10.1016/j.bspc.2015.03.003Yiallourou S.R., Sands S.A., Walker A.M., Horne R.S. Postnatal development of baroreflex sensitivity in infancy. J Physiol 2010; 588: 2193–2203. DOI: 10.1113/jphysiol.2010.187070Yiallourou S.R., Sands S.A., Walker A.M., Horne R.S. Postnatal development of baroreflex sensitivity in infancy. J Physiol 2010; 588: 2193–2203. DOI: 10.1113/jphysiol.2010.187070Haskova K., Czippelova B., Javorka M., Zibolen M., Javorka K. Baroreflex sensitivity in premature infants – relation to the parameters characterizing intrauterine and postnatal condition. Physiol Res 2017; 66 (Suppl 2): S257–S264.Haskova K., Czippelova B., Javorka M., Zibolen M., Javorka K. Baroreflex sensitivity in premature infants – relation to the parameters characterizing intrauterine and postnatal condition. Physiol Res 2017; 66 (Suppl 2): S257–S264.Bennet L., Booth L.C., Drury P.P., Quaedackers J.S., Gunn A.J. Preterm neonatal cardiovascular instability: does understanding the fetus help evaluate the newborn? Proc Austr Physiol Soc 2012; 43: 81–89. DOI: 10.1111/j.1440-1681.2012.05744.xBennet L., Booth L.C., Drury P.P., Quaedackers J.S., Gunn A.J. Preterm neonatal cardiovascular instability: does understanding the fetus help evaluate the newborn? Proc Austr Physiol Soc 2012; 43: 81–89. DOI: 10.1111/j.1440- 1681.2012.05744.x

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