In this paper, we consider the aortic sinus baroreceptor, which is the most representative baroreceptor sensing the variance of pressure in the cardiovascular system, and propose heart activity control model to observe the effect of delay time in heart period and stroke volume under the regulation of baroreflex in the aortic sinus. The proposed heart activity baroreflex regulation model contains electric circuit sub-model. We constituted the time delay sub-model to observe sensitivity of heart activity baroreflex regulation model by using the variable value to represent the control signal transmission time from the output of baroreflex regulation model to efferent nerve through central nervous system. The simulation object of this model is to observe variability of the cardiovascular system by variable value in time delay sub-model. As simulation results, we observe three patterns of the cardiovascular system variability by the time delay, First, if the time delay over 2.5 second, aortic pressure and stroke volume and heart rate is observed nonperiodically and observed. Finally, if time delay under 0.1 second, then heart rate and aortic pressure-heart rate trajectory is maintained in stable state.
In this paper, we consider the aortic sinus baroreceptor, which is the most representative baroreceptors sensing the variance of pressure in the cardiovascular system(CVS), and propose heart activity control model to observe the effect of delay time in heart period and stroke volume under the regulation of baroreflex in arotic sinus. The proposed heart activity baroreflex regulation model contains CVS electric circuit sub-model, baroreflex regulation sub-model and time delay sub-model. In these models, applied electric circuit sub-model is researched by B.C.Choi and the baroreflex regulation sub-model transforms the input, the arotic pressure of CVS electric circuit sub-model, to outputs, heart period and stroke volume by mathematical nonlinear feedback. We constituted the time delay sub-model to observe sensitivity of heart activity baroreflex regulation model by using the variable value to represent the control signal transmission time from the output of baroreflex regulation model to efferent nerve through central nervous system. The simulation object of this model is to observe variability of the CVS by variable value in time delay sub-model. As simulation results, we observe three patterns of CVS variability by the time delay. First, if the time delay is over 2.5 sec, arotic pressure, stroke volume and heart rate is observed nonperiodically and irregularly. Second, if the time delay is from between 0.1 sec and 0.25 sec, the regular oscillation is observed. Finally, if time delay is under 0.1 sec, then heart rate and arotic pressure-heart rate trajectory is maintained in stable state.
전체 심혈관계의 혈류역학적 특성을 분석할 수 있는 수치해석 방법을 개발하였다. 이는 12개의 요소들로 구성된 lumped parameter모델에 기초하고 있으며 인체의 신경계에 의한 자율조절기능을 모사하기 위해 주로 혈압의 단기적 조절을 위한.baroreflex system뿐 아니라 cardiopulmonary reflex 메커니즘가지도 구현하여 모델에 포함시켰다. 또한 교감 및 부교감 신경에 의한 자극-반응 전달을 구현함에 있어 생리학적 데이터에 기초한 방법을 사용하였다. 본 연구의 수치해석 코드를 검증하기 위하여 우선 보통 상태의 심혈관계에 대하여 혈류역학적 계산 결과를 기존의 참고문헌들에서의 값들과 비교 검토하였다. 심혈관계 모델의 혈류역학적 자극에 대한 반응 결과를 조사하기 위하여. 20% 출혈이 발생하는 경우와 LBNP(Lower Body Negative Pressure) 모사를 수행하였다. 두 경우 모두. 비교적 실험치와 잘 일cl하고 있음을 확인할 수 있었다. 특히 LBNP 수행 시, 외부압력의 크기가 커질수록 baroreflex만을 포함하고 있는 방법은 baroreflex와 cardiopulmonary reflex 모두를 포함하고 있는 방법에 비하여 다소 부정확한 결과를 보여주고 있는데. 이는 cardiopulmonary reflex 메커니즘의 중요성을 보여주고 있다.
In this study, the method is proposed, which enable us to noninvasively assess baroreflex sensitivity through the closed-loop feedback modle between RR flucturarion and arterial blood pressure fluctuation. The proposed indexes of baroreflex sensitivity, BRS$_{LF}$와 BRS$_{HF}$ are calculated by the modulus (or gain) of the transfer function between fluctuatuons in blood pressure and RR interval in the LF band HF band, where the coherence is more than 0.5 to evaluate the performance of the proposed method, it is applied to various cardiovascular variability signals obtained form subjects under the submaximal ecericse on bicycle ergometner. In result it is concluded that the proposed method can noninvasively assess the baroreflex sensitivity.ty.
본 연구에서는 심혈관시스템 내의 압력 변화를 감지하는 압수용체 중 가장 대표적인 대동맥 압수용체의 시뮬레이션을 위한 심활성도 압반사 제어모델을 제안하였다. 그리고 제안된 모델은 압반사 조절, 시간지연을 포함한 전기회로 모델들로 구성하였으며, 대동맥동의 압반사 조절시 시간지연이 심주기와 일회 심박출량에 주는 영향을 관찰할 수 있도록 하였다. 심활성도 압수용체 제어 모델에서 시간지연의 기전은 대동맥동 압수용체에서 감지된 압력 정보가 구심성 신경으로 전달되고, 이 정보는 중추신경을 거쳐 원심성 신경으로 전달되어 제어 기능을 수행한다. 제안된 모델의 시뮬레이션 결과 시간지연에 따라 심혈관시스템 변이성의 세가지 패턴을 관찰할 수 있었다. 먼저 시간지연이 2.5초 이상일 경우에는 대동맥압, 일회심박출량, 심박동수가 비주기적으로 발생하고 불규칙인 것을 관찰할 수 있었고, 시간지연이 0.1초에서 2.5초 사이일 경우에는 주기적인 진동이 발생함을 관찰할 수 있었다. 그리고 시간지연이 0.1초 이하인 경우에는 심박동수와 동맥압-심박동수의 궤적은 안정상태를 유지함을 관찰할 수 있었다.
International Journal of Vascular Biomedical Engineering
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제2권2호
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pp.16-26
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2004
The object of this study is to develop a mathematical model of the hemodialysis system including the mechanism of solute kinetics, water exchange and also cardiovascular dynamics. The cardiovascular system model used in this study simulates the short-term transient and steady-state hemodynamic responses such as hypotension and disequilibrium syndrome (which are main complications to hemodialysis patients) during hemodialysis. It consists of a 12 lumped-parameter representation of the cardiovascular circulation connected to set-point models of the arterial baroreflexes, a kinetic model (hemodialysis system model) with 3 compartmental body fluids and 2 compartmental solutes. We formulate mathematically this model in terms of an electric analog model. All resistors and most capacitors are assumed to be linear. The control mechanisms are mediated by the information detected from arterial pressoreceptors, and they work on systemic arterial resistance, heart rate, and systemic venous unstressed volume. The hemodialysis model includes the dynamics of urea, creatinine, sodium and potassium in the intracellular and extracellular pools as well as fluid balance equations for the intracellular, interstitial, and plasma volumes. Model parameters are largely based on literature values. We have presented the results on the simulations performed by changing some model parameters with respect to their basal values. In each case, the percentage changes of each compartmental pressure, heart rate (HR), total systemic resistance (TSR), ventricular compliance, zero pressure filling volume and solute concentration profiles are represented during hemodialysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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