Ένας μεγάλος αριθμός μελετών παρατήρησης καθώς και τυχαιοποιημένων ελεγχομένων κλινικών δοκιμών έχει πλέον τεκμηριώσει την ασφάλεια, την αποτελεσματικότητα, καθώς και τις μακροπρόθεσμες επιδράσεις της θεραπείας καρδιακού επανασυγχρονισμού (ΘΚΕ) σε ασθενείς με προχωρημένη καρδιακή ανεπάρκεια, επηρεασμένη συσταλτικότητα της αριστεράς κοιλίας (ΑΚ) και ευρύ σύμπλεγμα QRS. Οι περισσότερες τυχαιοποιημένες κλινικές μελέτες με ΘΚΕ αναφέρουν την αποτελεσματικότητα της θεραπείας αυτής σε περίοδο 3 έως 12 μηνών. Αντίθετα, τα δεδομένα σχετικά με την μακροπρόθεσμη έκβαση, ειδικά των ασθενών με προχωρημένη καρδιακή ανεπάρκεια (λειτουργική κλάση III και IV), είναι περιορισμένα και όχι εντελώς σαφή. Σε αντίθεση με τον πλούτο των δεδομένων που αφορούν την αποτελεσματικότητα της ΘΚΕ όμως, και τα οποία έχουν προέλθει από πολλαπλές κλινικές δοκιμές, οι αναφορές σχετικά με την απόδοση της ΘΚΕ στην κλινική πράξη (εκτός δηλαδή ερευνητικών πρωτοκόλλων) είναι σχετικά περιορισμένες και οι μελέτες μακροχρόνιας παρακολούθησης είναι ακόμα λιγότερες. Οι μελέτες που έχουν ασχοληθεί ειδικά με την ηχοκαρδιογραφική ανταπόκριση μετά από ΘΚΕ είναι ως επί το πλείστον μέρος μιας μεγαλύτερης κλινικής δοκιμής. Τόσο σε μελέτες στα πλαίσια κλινικών δοκιμών όσο και σε μελέτες παρατήρησης όμως, οι έρευνες έχουν επικεντρώσει κυρίως σε περιόδους παρακολούθησης 3 έως 6 μηνών, ενώ λίγα μόνο δεδομένα υπάρχουν πέραν των 12 μηνών. Η αντίστροφη αναδιαμόρφωση της ΑΚ, κυρίως κατά την άμεση περίοδο μετά την εμφύτευση, φαίνεται να είναι και ο ισχυρότερος προγνωστικός δείκτης επιβίωσης των ασθενών με καρδιακή ανεπάρκεια που λαμβάνουν ΘΚΕ. Ωστόσο, καθώς η ΑΚ συνεχίζει να αναδιαμορφώνεται και μετά την εμφύτευση, είναι ασαφές κατά πόσον η βραχυπρόθεσμη ευνοϊκή ανταπόκριση που παρατηρείται στο 60% -70% των ασθενών διατηρείται μακροπρόθεσμα. Η ηχοκαρδιογραφία παραμόρφωσης έχει χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή δεικτών καρδιακού δυσυγχρονισμού και την εκτίμηση της λειτουργίας της ΑΚ πριν την εμφύτευση συσκευής ΘΚΕ (αμφικοιλιακού βηματοδότη με ή χωρίς δυνατότητα απινιδωτή). Η ανταπό-κριση των δεικτών παραμόρφωσης της ΑΚ μπορεί να έχει σημαντικές προγνωστικές επιπτώσεις για τους ασθενείς που υποβάλλονται σε ΘΚΕ, λαμβάνοντας υπ’ όψιν ότι οι δείκτες παραμόρφωσης πρόσφατα εδείχθησαν να έχουν ισχυρότερη συσχέτιση με την πρόγνωση των ασθενών με καρδιακή ανεπάρκεια σε σχέση με το κλάσμα εξώθησης ή άλλους κλασσικούς δείκτες της λειτουργικής κατάστασης της ΑΚ. Παρ’ όλα αυτά, ελάχιστα ηχοκαρδιογραφικά δεδομένα υπάρχουν σχετικά με την ανταπόκριση των δεικτών παραμόρφωσης μετά από θεραπεία επανασυγχρονισμού, ενώ δεν υπάρχουν καθόλου στοιχεία πέραν των 6 μηνών. Σε αυτή τη μελέτη, εκτιμήσαμε τη μακροπρόθεσμη ανταπόκριση της λειτουργίας της ΑΚ, όπως αυτή καταγράφεται ηχο¬καρδιο¬γραφικά μετά από τουλάχιστον 12 μήνες παρακολούθησης, μετά από εμφύτευση συσκευής καρδιακού επανασυγχρονισμού με δυνατότητες απινιδωτή (CRT-D). Ο πρωτογενής μας στόχος ήταν να καταγράψουμε συστηματικά, χρησιμοποιώντας συμβατικούς αλλά και νεώτερους ηχοκαρδιογραφικούς δείκτες (απεικόνιση παρα-μόρφωσης), τη μακροπρόθεσμη ανταπόκριση της λειτουργίας της ΑΚ μετά από εμφύτευση συσκευής ΘΚΕ με δυνατότητες απινιδωτή (CRT device with defibrillator capacity, CRT-D) σε ασθενείς με προχωρημένη καρδιακή ανεπάρκεια οι οποίοι λαμβάνουν βέλτιστη φαρμακευτική αγωγή. Οι δευτερογενείς μας στόχοι ήταν (α) να καταγράψουμε τη μακροπρόθεσμη (>12 μήνες) ανταπόκριση του δυσσυγχρονισμού της ΑΚ, όπως αυτή καταγράφεται με ηχοκαρδιογραφική απεικόνιση παραμόρφωσης (β) να συσχετίσουμε τους δείκτες δυσσυγχρονισμού της ΑΚ πριν από την εμφύτευση με τη μακροπρόθεσμη ανταπόκριση της λειτουργίας της ΑΚ, και (γ) να συσχετίσουμε τους συμβατικούς και νεώτερους ηχοκαρδιογραφικούς δείκτες λειτουργίας της αριστεράς κοιλίας πριν από την εμφύτευση με τη μακροπρόθεσμη ανταπόκριση της λειτουργίας της ΑΚ. / Several observational studies and randomized controlled trials (RCTs) have demonstrated the safety, efficacy, and long-term effects of cardiac resynchronization therapy (CRT) in patients with advanced heart failure, reduced left ventricular systolic function, and wide QRS complex. Most clinical trials with CRT report efficacy within a 3-to-12 month time frame. However, data on long-term effects, especially for advanced heart failure patients with NYHA class III-IV, are limited and unclear. In contrast to the wealth of data on efficacy of CRT, reports on effectiveness of CRT in clinical practice (i.e. outside the context of RCTs) are limited and data on long-term effectiveness are scarce. Studies dealing with echocardio-graphic responses come largely from sub-studies of larger RCTs. However, both these sub-studies as well as observational studies have focused on short-term echocardiographic responses, whereas very limited data exist beyond 12 months. Reverse remodeling of the left ventricle in response to CRT in the immediate post-implant period is the strongest predictor of long-term prognosis in these patients. However, as the left ventricle continues to remodel long after CRT device implantation, it is unclear whether the initial favorable response observed in 60% to 70% of CRT recipients is maintained long term. Deformation echocardiography has been used to derive ventricular dyssynchrony indices and assess left ventricular function prior to CRT device implantation (biventricular pacemaker with or without defibrillator capacity). The response of myocardial deformation indices of the left ventricle may have important prognostic implications for CRT recipients, considering that deformation parameters have been shown to have a stronger association with prognosis compared with ejection fraction or other conventional indices of left ventricular function. Nevertheless, limited echocardiographic data exist on the response of myocardial deformation indices to CRT, whereas no data exist beyond 6 months post CRT. In this study, we have evaluated the long-term echocardiographic response of left ventricle to CRT after a minimum of 12 months of follow up after implantation of a CRT device with defibrillator capacity (CRT-D). Our primary aim was to systematically record, using both conventional and novel echocardiographic indices (myocardial deformation), the long-term (12 months or longer) response of the left ventricle after CRT-D device implantation in patients with advanced heart failure receiving optimal medical therapy. Our secondary aims were to (a) record the long-term response of left ventricular dyssynchrony assessed with myocardial deformation indices in these patients; (b) correlate left ventricular dyssynchrony indices before CRT-D device implantation with long-term response of the left ventricle, and (c) correlate both conventional and novel left ventricular function indices before implantation with long-term response of the left ventricle after CRT-D device implantation.

Στόχος της παρούσας εργασίας αποτελεί η έγκαιρη πρόβλεψη οξυαιμίας βασιζόμενη στην ανάλυση των πολύ χαμηλής συχνότητας συστατικών του εμβρυϊκού καρδιακού ρυθμού και των καταγραφών της εμβρυϊκής παλμικής οξυμετρίας (FSpO2) κατά τη διάρκεια του τοκετού. Για τη φασματική ανάλυση έγινε εφαρμογή του συνεχούς μετασχηματισμού κυματιδίων (CWT). Για την ανάλυση των καταγραφών του FSpO2 υπολογίστηκε το ποσοστό του συνολικού χρόνου όπου ο FSpO2 είναι κάτω του ορίου 30% (TFSpO2<30%). Όπως αποδείχθηκε τόσο από την εφαρμογή του CWT, όσο και από την παράμετρο TFSpO2<30%, οι κυματισμοί του εμβρυϊκού καρδιακού ρυθμού στην περιοχή συχνοτήτων του 0.01 Hz, παρουσιάζουν ικανοποιητική ευαισθησία (80% and 90%, αντίστοιχα) για την έγκαιρη πρόβλεψη οξυαιμίας, ενώ ο συνδυασμός τους παρουσιάζει υψηλή προσδιοριστικότητα (89%). Τα αποτελέσματα της ανάλυσης των δεδομένων όπως προκύπτουν από την ανάλυση του εμβρυϊκού καρδιακού ρυθμού – μέσω εφαρμογής του CWT – και των καταγραφών της εμβρυϊκής παλμικής οξυμετρίας δύναται να αποτελέσουν μια επιπρόσθετη πηγή πληροφορίας όσον αφορά την κατάσταση του εμβρύου βοηθώντας ταυτοχρόνως τον γυναικολόγο στην απόφαση για το χρόνο και τον τρόπο διεξαγωγής του τοκετού. / The objective of the present study is the prediction of fetal acidemia based on the Very Low Frequency (VLF) components of the Fetal Heart Rate (FHR) and Fetal Pulse Oximetry (FSpO2) recordings during labor. In order to perform the spectral analysis, we applied the Continuous Wavelet Transform (CWT). The evaluation of FSpO2 was based on calculating the time duration in which the FSpO2 was less than 30% (TFSpO2<30%). We demonstrate that the oscillating activity of the FHR of about 0.01 Hz identified by the CWT and the TFSpO2<30% parameter, show an adequate sensitivity (80% and 90%, respectively) in predicting fetal acidemia, whereas the combination of these two variables shows a very good specificity (89%). The results of the analysis of our data demonstrate that the analysis of the fetal heart rate by the CWT and the fetal pulse oximetry recordings may provide additional source of information about fetal status and to alert the clinician to decide under objective conditions when and how to perform the delivery.

Extraction of physiological and clinical information hidden in biosignals, such as cardiac and neural signals, is an important and fascinating field of research. Noninvasive assessment of the physiological parameters of a patient enables to study the physiology and pathophysiology of the investigated system, with minimal interference and inconvenience. This approach may also help to assess noninvasively the clinical condition of the patient. The primary focus of this study is therefore to extend the arsenal of research tools for the noninvasive investigation of the neural and cardiac systems. The approaches developed in this work concern two major directions: The first direction relies on the analysis of cardiac and neural responses during hypoxia. Hypoxia-ischemia remains a great challenge to the researchers, since it triggers complex responses at different levels in the organism. The functional recovery depends on a number of factors among which the state of autonomic nervous system (ANS) regulation plays an important role. Two different applications were considered in this framework. The first application studied the effect of global ischemic preconditioning on the heart rate variability (HRV) response to the asphyxia insult. Using linear (time and frequency domain) and nonlinear (approximate entropy and parameters of Poincare plots) measures, we evaluated the dynamic time course of the HRV response to the asphyxia insult and the effect of preconditioning on the autonomic neurocardiac control. Our results show for the first time that global ischemic preconditioning influences the HRV response to the asphyxia injury. The neuroprotective effect of preconditioning translates into a faster recovery of the basal HRV and the autonomic modulation of the heart. For the preconditioned group, at about 90 min after the asphyxic insult, the autonomic neural balance (measured by LF/HF ratio) appears fully recovered. Another application addressed the problem of phase synchronization analysis of EEG signals during monitoring of recovery process following brain injury episode. The concept of phase synchronization offers a new perspective on the understanding and quantification of the dynamical interactions established among coupled systems. In this thesis, we present a new approach for the identification of the degree of interaction between two complex dynamical systems from experimental data analysis. We use the empirical-mode-decomposition (EMD) technique to decompose the output signals into a number of elementary orthogonal modes with well defined instantaneous attributes (IMFs). The second direction addressed the problem of correlations between anticipatory pursuit eye movements and the neural response in the Supplementary Eye Fields (SEF) of the Macaque monkey. Anticipatory pursuit is a smooth movement of the eye occurring before the appearance of an expected moving target. The expectation of the subject is based on a subjective estimation of the probability that the target will move in a given direction. Recently, it has been suggested that the SEF could play a role in using past experience to guide anticipatory pursuit. This hypothesis is currently being tested at the single neuron level. In the behaving monkey, it has been shown that electrical microstimulation in the SEF can facilitate smooth pursuit initiation towards a moving target, suggesting that activation of the SEF might change the internal gain of the smooth pursuit pathway. In this study, we favored anticipatory responses in monkeys by using a cognitive cue, which produces a different anticipatory pursuit response than the one observed in previous studies, based on repetition. / H εξαγωγή φυσιολογικών και κλινικών πληροφοριών οι οποίες είναι κρυμμένες σε βιοσήματα όπως τα καρδιακά και νευροφυσιολογικά σήματα είναι ένας σημαντικός και πολύ ενδιαφέρον τομέας έρευνας. Μη επεμβατική αξιολόγηση των φυσιολογικών παραμέτρων ενός ασθενή επιτρέπει την μελέτη της φυσιολογίας και παθολογίας του μελετούμενου συστήματος με τις λιγότερες παρεμβολές και ενόχληση. Η προσέγγιση αυτή μπορεί επίσης να βοηθήσει στην μη επεμβατική αξιολόγηση της κλινικής κατάστασης του ασθενή. Η πρώτη προσέγγιση της μελέτης αυτής είναι να επεκτείνει το οπλοστάσιο των ερευνητικών εργαλείων για την μη επεμβατική αναζήτηση του νευρικού και καρδιακού συστήματος. Οι προσεγγίσεις που αναπτύσσονται σε αυτή τη δουλειά αφορούν δύο κύριες κατευθύνσεις: Η πρώτη κατεύθυνση υπόκειται στην ανάλυση των καρδιακών και νευροφυσιολογικών αποκρίσεων κατά τη διάρκεια της υποξίας. Η ισχεμία – υποξία παραμένει μια μεγάλη πρόκληση στους ερευνητές εφόσον πυροδοτεί πολύπλοκες αποκρίσεις σε διαφορετικά επίπεδα στον οργανισμό. Η λειτουργική αποκατάσταση εξαρτάται από έναν αριθμό συντελεστών μεταξύ των οποίων ο έλεγχος της κατάστασης του αυτόνομου νευρικού συστήματος παίζει έναν πολύ σημαντικό ρόλο. Δύο διαφορετικές εφαρμογές ελήφθησαν υπόψη στο πλαίσιο αυτό. Η πρώτη εφαρμογή μελέτησε το φαινόμενο της ολικής ισχαιμικής προκατάστασης στην μεταβλητότητα του καρδιακού ρυθμού (heart rate variability - HRV) σε προσβολή από ασφυξία. Χρησιμοποιώντας γραμμικές (στον τομέα του χρόνου και των συχνοτήτων) και μη γραμμικές (υπολογισμός εντροπίας και παραμέτρων των γραφημάτων Poincare) τεχνικές υπολογίσαμε την δυναμική χρονική εξέλιξη της HRV απόκρισης στην προσβολή από ασφυξία και η επίπτωση της προ-κατάστασης στο αυτόνομο νευροκαρδιολογικό έλεγχο. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν για πρώτη φορά ότι η ολική ισχαιμική προκατάσταση επηρεάζει την HRV απόκριση στον τραυματισμό από την ασφυξία. Η νευροπροστατευτική επίπτωση της προκατάστασης μεταφράζεται σε μία γρηγορότερη αποκατάσταση του βασικού HRV και μία αυτόνομη εναρμόνιση της καρδιάς. Για την ομάδα με την προκατάσταση σε περίπου 90 λεπτά μετά την προσβολή από ασφυξία, η αυτόνομη νευρολογική ισορροπία (μετρούμενη από τον λόγο χαμηλών προς υψηλών συχνοτήτων εμφανίζεται πλήρως αποκαταστημένη. Μία άλλη εφαρμογή απευθύνεται στο πρόβλημα της ανάλυσης του συγχρονισμού φάσεων των σημάτων Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος κατά τη διάρκεια παρακολούθησης της διαδικασίας αποκατάστασης μετά από επεισόδιο εγκεφαλικής βλάβης. Η ιδέα του συγχρονισμού φάσεων προσφέρει μία νέα προοπτική στην κατανόηση και ποσοτικοποίηση των δυναμικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ συστημάτων συζευγμένων ταλαντωτών. Σε αυτή τη διδακτορική διατριβή παρουσιάζουμε μια νέα προσέγγιση για την ανίχνευση του βαθμού της αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο πολύπλοκων δυναμικών συστημάτων από την ανάλυση πειραματικών δεδομένων. Χρησιμοποιούμε την τεχνική του εμπειρικού τρόπου αποδόμησης (empirical-mode-decomposition EMD) για να διασπάσουμε τα σήματα εξόδου σε έναν αριθμό βασικών ορθογώνιων μερών με πολύ καλά καθορισμένες στιγμιαίες ιδιότητες (instantaneous attributes IMFs). Η δεύτερη κατεύθυνση είναι το πρόβλημα των συσχετίσεων μεταξύ προνοητικών κινήσεων των ματιών και των νευροφυσιολογικών αποκρίσεων στα παιδία των ματιών (Supplementary Eye Fields SEF) πιθήκων Macaque. Οι προνοητικές κινήσεις είναι απαλές κινήσεις των ματιών που συμβαίνουν πριν την εμφάνιση ενός αναμενόμενου κινούμενου στόχου. Η αναμονή από το υποκείμενο βασίζεται σε έναν υποκειμενικό υπολογισμό της πιθανότητας ότι ο στόχος θα κινηθεί σε μια δεδομένη κατεύθυνση. Πρόσφατα, έχει υποτεθεί ότι τα SEF μπορούν να παίζουν ρόλο στην χρησιμοποίηση παλαιών εμπειριών στην καθοδήγηση αναμενόμενων κινήσεων. Αυτή η υπόθεση έχει ελεγχθεί στο επίπεδο ενός μόνο νευρώνα. Στον πίθηκο έχει βρεθεί ότι ο ηλεκτρικός μικροερεθισμός στο SEF μπορεί να διευκολύνει την ομαλή έναρξη της κίνησης προς έναν κινούμενο στόχο, συνιστώντας ότι η ενεργοποίηση του SEF μπορεί να αλλάξει την εσωτερική απόδοση του δικτύου της ομαλής κίνησης. Σε αυτή τη μελέτη, ενισχύσαμε την εκκίνηση των ομαλών κινήσεων των πιθήκων προς ένα κινούμενο στόχο η οποία παράγει μία διαφορετική προνοητική κίνηση αυτής που παρατηρείται σε προηγούμενες μελέτες η οποία βασίζεται σε επανάληψη.