Способ исследования вариабельности ритма сердца

 

Изобретение относится к медицине, в частности к кардиологии и неврологии и касается способов оценки вегетативной регуляции сердечного ритма. Технический результат - расширение области применения за счет выявления признаков нарушений (в том числе скрытых) вегетативной регуляции сердечного ритма у больных с различными сердечно-сосудистыми заболеваниями. Способ исследования вариабельности ритма сердца включает запись электрокардиограммы больного в положении лежа и стоя в течение 3 мин с последующим подсчетом продолжительности кардиоинтервалов, построением ритмограммы, ее спектральным анализом с расчетом спектральных показателей, как абсолютных, так и относительных, представляющих вклад каждого из 3 компонентов спектра колебаний ритма сердца: VLF - очень низкочастотного, LF - низкочастотного и НF - высокочастотного в общую мощность спектра колебаний ритма. Относительные показатели рассчитываются по определенным формулам в процентах от общей мощности колебаний ритма сердца. При сравнении относительных спектральных показателей в покое и при выполнении активной ортостатической пробы определяют наличие или отсутствие патологии , вегетативной регуляции сердечного ритма. 6 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области медицины, точнее кардиологии и неврологии, и касается способов оценки вегетативной регуляции сердечного ритма.

Известен ряд способов математического анализа сердечного ритма, из которых в нашей стране наиболее распространен способ Р.М. Баевского, который включает несколько методов изучения вариабельности ритма сердца (ВРС), в результате применения которых на основании установленных конкретных критериев предлагается заключение о состоянии вегетативного контроля над сердечным ритмом [1] . Нужно отметить, что при этом способе критерии разделения спектра на отдельные компоненты, а именно медленные волны I и II порядков и дыхательные волны, отличаются от тех, которые являются сейчас общепринятыми в международных медицинских источниках [2].

Наиболее близким к изобретению является способ анализа вариабельности ритма сердца на коротком участке записи ЭКГ, изложенный в обзорной статье [2] , при котором в результате спектрального анализа ритмограммы весь полученный спектр колебаний разделяют на 3 диапазона: колебания очень низкой частоты, или VLF (от 0 до 0,04 Гц), колебания низкой частоты, или LF (от 0,04 до 0,15 Гц) и колебания высокой частоты, или HF (от 0,15 до 0,4 Гц), и определяют среднюю мощность колебаний в каждом из диапазонов. Кроме вышеуказанных показателей, применяют индекс LF/HF, который, как полагают, свидетельствует о балансе между воздействием симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы [2].

Недостатком указанного способа анализа вариабельности ритма сердца является недостаточная информативность применяемых спектральных показателей, отсутствие конкретных критериев патологии вегетативной регуляции, а также невозможность установления уровня нарушений вегетативной регуляции сердечного ритма. Из признаков нарушенной вегетативной регуляции ритма сердца отмечены снижение общей мощности спектра и отдельных компонентов спектра. Что касается увеличения LF/HF выше 1,0 как признака вегетативного дисбаланса, то это утверждение, по мнению некоторых ведущих специалистов, является спорным.

Целью изобретения является выявление признаков нарушений (в том числе скрытых) вегетативной регуляции сердечного ритма у больных с различными сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Поставленная цель достигается тем, что в способе исследования вариабельности ритма сердца, включающем запись электрокардиограммы больного в положении лежа и стоя в течение 3-х минут с последующим подсчетом продолжительности кардиоинтервалов, построением ритмограммы, проведением спектрального анализа ее по трем компонентам спектра колебаний ритма сердца: VLF - очень низкочастотного, LF - низкочастотного и HF - высокочастотного, согласно изобретению, кроме вычисления общепринятых абсолютных спектральных показателей в покое и в процессе активной ортостатической пробы, оценивают вклад каждого из 3-х компонентов спектра колебаний ритма сердца VLF, LF и HF в общую мощность спектра колебаний ритма путем расчета относительных спектральных показателей по формулам: где VLF - средняя мощность спектра колебаний ритма сердца в диапазоне очень низких частот (от 0 до 0,04 Гц), LF - средняя мощность спектра колебаний ритма сердца в диапазоне низких частот (от 0,04 до 0,15 Гц), HF - средняя мощность спектра колебаний ритма сердца в диапазоне высоких частот (от 0,15 до 0,4 Гц), ОМС - общая мощность спектра колебаний ритма сердца (принимается за 100%).

После этого при сравнении относительных спектральных показателей в покое и при выполнении активной ортостатической пробы определяют наличие или отсутствие патологии вегетативной регуляции сердечного ритма.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом способе исследования вариабельности ритма сердца, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

В предлагаемом способе исследования ВРС используются метод вариационной пульсометрии и спектральный метод, которые применяются в нашей стране и за рубежом уже многие годы и являются общепринятыми.

Метод вариационной пульсометрии состоит в изучении распределения кардиоинтервалов как случайных величин в исследуемом ряду их значений. При этом строится вариационный ряд и определяются его характеристики. Данный метод позволяет получить временные показатели ВРС, к которым относятся среднее значение продолжительности интервалов RR, стандартное отклонение интервалов RR, дисперсия интервалов RR, коэффициент вариации.

Однако временные показатели имеют ограниченные возможности, т.к. они отражают суммарное влияние различных уровней регуляции на источник ритма сердца, часто действующих независимо друг от друга. В связи с этим один и тот же конечный эффект, выражающийся в увеличении или уменьшении ВРС, может скрывать различную комбинацию влияний и тем самым различные изменения в состоянии субъекта. Считается целесообразным использование временных показателей при анализе суточной ВРС.

Наиболее перспективным является использование спектрального анализа ВРС, который позволяет вычленить колебания ритма сердца различной периодичности.

Перед тем как проанализировать изменчивость ритма сердца, строят ритмограмму (см. фиг. 1, на которой представлена ритмограмма больного А. и результаты ее спектрального анализа).

При построении ритмограммы по оси ординат откладывается частота сердечных сокращений в уд/мин, а по оси абсцисс - последовательность сердечных ударов, удаленных друг от друга на расстоянии соответствующего кардиоинтервала по ЭКГ. Ритмограмма выглядит как вертикальная решетка, высота которой колеблется.

Говоря языком математики, сердечные импульсы образуют объект, который в математике принято называть потоком событий. Плотность этого потока, т.е. ЧСС, имеет волновую структуру. Нам необходимо исследовать эту структуру. Задача по исследованию этой волновой структуры заключается в выполнении ee спектрального анализа. Волновую структуру можно представить рядом Фурье, т. е. суммой бесконечного числа синусоид, каждая из которых имеет свой период. Впоследствии все полученные составляющие спектра (синусоиды) подразделяют согласно частоте колебаний на 3 диапазона, вычисляя среднюю мощность спектра в каждом отдельном диапазоне.

С позиции трехкомпонентной теории частотный спектр, характеризующий ритмограмму сердца, содержит три зоны частот, на которых сердечный ритм взаимодействует с тремя системами, а именно система дыхания (HF, колебания высокой частоты), система регуляции среднего уровня артериального давления (LF, низкочастотные колебания) и гуморальная система (управления температурой и обменом веществ (VLF, колебания очень низкой частоты).

Высокочастотные колебания ЧСС (HF компонент) связаны с дыхательными движениями и отражают вагусный контроль ритма сердца [Akselrod S. et al., 1981; Katon P.G. et al. 1975; Pomeranz B. et al., 1985].

Более противоречива интерпретация LF компонента, который, как полагают одни [Malliani A. et al., 1991; Kamath M.V. et al., 1993; Rimoldi O. et al., 1990; [Montano N. et al., 1994], является маркером симпатической модуляции, связанной с регуляцией среднего уровня артериального давления, и, как полагают другие [Akselrod S. et al., 1981; Appel M.L. et al., 1989; Pomeranz B. et al. , 1985; Сметнев А.С. с соавт., 1995], отражает влияние как симпатических, так и парасимпатических воздействий, и может быть связана с активностью барорефлекса, температурной регуляцией, поддержанием гомеостаза при стрессах, кровотечениях, сердечной недостаточности [Arai Y. et al., 1989].

VLF компонент частотного спектра представляет систему, использующую гуморальные механизмы. В частности, выявлена прямая связь между выраженностью этих волн и колебаниями уровней адреналина, норадреналина, активностью системы "гипофиз - надпочечники".

Каждый из вышеуказанных 3-х компонентов спектра исследуется путем вычисления абсолютных показателей ВРС, представляющих собой среднюю мощность колебаний ритма сердца в каждом из вышеуказанных 3-х диапазонов и обозначаются соответственно: VLF, LF и HF.

Таким образом, каждый спектральный показатель ВРС, характеризующий среднюю мощность спектра в каждом отдельном диапазоне, отражает вклад конкретных механизмов в регуляцию ритма сердца. Для того чтобы более рельефно представить результаты исследований, мы используем относительные спектральные показатели, отражающие процентный вклад каждой составляющей в общую мощность спектра.

Нами проведено исследование ВРС на пациентах 4-х групп: I группа - 20 пациентов с редкими желудочковыми эктопическими комплексами (ЖЭК), II - 55 пациентов с частыми ЖЭК, III - 16 здоровых лиц и IV - 27 больных ишемической болезнью сердца. Исследование проводилось с использованием данной программы. Показатели ВРС исследовались в покое и в процессе активной ортостатической пробы (АОП).

При применении абсолютных спектральных показателей выявлены существенные различия только между пациентами I, II, III групп и больными ИБС (т.е. больными IV группы), что отражено на фиг. 2, 3 и 4, где представлены соответственно средняя мощность очень низкочастотной составляющей VLF, низкочастотной составляющей LF и высокочастотной составляющей HF спектра колебаний ритма сердца в покое и в АОП. Тем не менее в процессе математической обработки данных складывалось впечатление о наличии различий между пациентами I и II групп. Применение относительных спектральных показателей позволило выявить достоверные различия в реакции на АОП между пациентами I и II групп, а также выявило сходство этой реакции у больных II группы и больными ИБС, что свидетельствует о наличии скрытой патологии у больных с частыми ЖЭК. Фиг. 5, где представлены относительные спектральные показатели ВРС в покое и АОП (в % от ОМС), демонстрирует вышесказанное. Видно, что у больных II и IV групп при выполнении АОП не произошло нарастания низкочастотной составляющей LF при одновременном значительном увеличении очень низкочастотной составляющей VLF. Еще более показательна фиг. 6 (изменение спектральных показателей ВРС в процессе выполнения АОП), на которой продемонстрирована однонаправленность изменений относительных спектральных показателей у больных II группы и больных ИБС.

Таким образом, использование относительных спектральных показателей позволило выявить особенности в реакции больных с частыми ЖЭК на АОП, которые оказались сходными с таковыми у больных ИБС.

Для того чтобы более конкретно продемонстрировать преимущества использования относительных спектральных показателей, в качестве иллюстрации приводим 3 примера.

Пример 1. Больному К., 19 лет, с диагнозом: нейроциркуляторная дистония было проведено исследование - анализ ВРС с помощью предлагаемой программы. В состоянии покоя, а затем в положении стоя в течение 3 мин в каждом из положений была записана ЭКГ, рассчитаны кардиоинтервалы (в секундах с точностью до 0,01 с). Весь массив значений кардиоинтервалов был внесен в компьютер (использовался текстовой редактор "Лексикон"). Затем полученный в виде числового массива файл данных забирался в созданную нами программу. После обработки данных получены следующие результаты. Поскольку мы приводим данные примеры для иллюстрации именно спектральных показателей, то временные показатели не приводятся. Полученные результаты больного К. приведены в табл. 1.

Обсуждение примера 1. У больного в положении лежа в спектре колебаний ритма сердца преобладала очень низкочастотная составляющая VLF как в абсолютных, так и в относительных показателях. При переходе в положение стоя увеличилась почти в 10 раз общая мощность спектра, также значительно увеличились все отдельные составляющие, выраженные в абсолютных показателях. Опираясь на абсолютные показатели, трудно сказать, за счет каких физиологических механизмов произошло увеличение вариабельности ритма сердца при вставании, т.е. изменение какой составляющей спектра преобладало. Анализ относительных показателей показывает, что при вставании больного произошло изменение соотношения этих отдельных составляющих: значительно снизилась очень низкочастотная составляющая VLF (с 65,2 до 39,5%), также значительно снизилась высокочастотная составляющая HF (с 12,3 до 6,2%), при этом значительно возросла низкочастотная составляющая LF (с 14,5 до 54,3%). Такую реакцию больного на ортостатическую пробу мы считаем нормальной, т.к., как и ожидалось, увеличение общей мощности спектра произошло за счет всплеска симпатической нейрорефлекторной активности, которая выражается в виде возрастания LF. Таким образом, именно изучение относительных показателей позволило сделать заключение о нормальной вегетативной реакции больного при проведении ортостатической пробы.

Пример 2. Исследование больного Б., 19 лет, с диагнозом: нейроциркуляторная дистония. Нарушение ритма сердцах, частая желудочковая экстрасистолия. Аналогично предыдущему случаю больному произведена запись ЭКГ в положении лежа и стоя в течение примерно 3 мин в каждом из положений. Полученный в виде последовательных кардиоинтервалов массив чисел был внесен в компьютер, затем помещен в нашу программу. Полученные данные приведены в табл. 2.

Обсуждение примера 2. Обратим внимание, что больной Б. одного возраста с больным К. (пример 1) и имеет практически тот же клинический диагноз, за исключением присутствия еще и нарушения ритма сердца. Общая мощность спектра у них практически одинакова. Однако вклад различных составляющих спектра у данных больных неодинаков. Сначала анализируем абсолютные показатели. В данном примере в состоянии покоя преобладает низкочастотная составляющая LF, несколько меньше - очень низкочастотная составляющая VLF, далее следует высокочастотная составляющая HF. При переходе в положение стоя почти в 10 раз (так же как и в примере 1) возрастает общая мощность спектра. Причем мы видим, что значительно увеличиваются все составляющие спектра, выраженные в абсолютных числах. Таким образом, трудно сказать, за счет какой составляющей спектра в основном произошло увеличение общей мощности спектра колебаний ритма сердца при вставании больного, т.е. какие физиологические механизмы включились при этом. Анализируем относительные показатели: в положении лежа преобладала низкочастотная составляющая LF, несколько меньше выражена очень низкочастотная составляющая VLF, и уровень высокочастотной составляющей HF примерно соответствовал примеру 1. Т.е. при анализе относительных показателей в положении больного лежа видно такое соотношение отдельных составляющих спектра, которое свидетельствует о вроде бы достаточном вкладе симпатической нейрорефлекторной активности в регуляцию ритма сердца. При переходе же больного в положение стоя по изменению относительных показателей видно, что изменение общей мощности спектра произошло за счет значительного увеличения очень низкочастотной составляющей VLF, в то время как низкочастотная составляющая LF и высокочастотная состапвляющая HF снизились. В данном случае мы имеем дело с нарушением вегетативной регуляции ритма, т.к. вместо увеличения симпатической нейрорефлекторной активности изменение ритма сердца произошло за счет очень низкочастотной составляющей VLF, отражающей гуморальный уровень, т. е. выброс в кровь специальных гормонов, что происходит значительно медленнее и обусловливает рост очень низкочастотной составляющей.

Таким образом, в данном случае анализ относительных спектральных показателей вариабельности ритма сердца в процессе ортостатической пробы способствовал выявлению скрытой патологии вегетативной регуляции ритма у данного больного молодого возраста. Напомним, что в покое как по абсолютным, так и по относительным показателям признаков патологии не отмечалось.

Пример 3. Данный пример демонстрирует случай явной патологии, т.к. представляет данные исследования больного М., 49 лет, с признаками одного из самых распространенных заболеваний - ишемической болезни сердца. Больной М. страдает стенокардией напряжения, перенес в прошлом крупноочаговый инфаркт миокарда нижней стенки левого желудочка.

Аналогично первым двум случаям больному регистрировалась ЭКГ в течение 3 мин как в положении лежа, так и в положении стоя. Массив в виде последовательных кардиоинтервалов был обработан с помощью предлагаемой нами программы. Полученные результаты см. в табл. 3.

Обсуждение примера 3. Отметим, что данный пример приведен в качестве иллюстрации явной патологии вегетативной регуляции ритма сердца, что подтверждено многочисленными исследованиями, проведенными как в нашей стране, так и за рубежом.

Так же, как в вышеприведенных примерах, начинаем анализ с абсолютных показателей. Сразу обращает на себя внимание сниженная общая мощность спектра колебаний ЧСС, что обычно сопровождает многие сердечно-сосудистые заболевания. При этом преимущественно выражена очень низкочастотная составляющая VLF, отражающая гуморальный уровень регуляции ритма. Меньше всего выражена низкочастотная составляющая LF, свидетельствующая о вкладе симпатического отдела вегетативной нервной системы. В положении стоя более чем в 10 раз возрастает общая мощность спектра, при этом мы видим одновременный рост как очень низкочастотной составляющей VLF, так и низкочастотной составляющей LF, в то время как высокочастотная составляющая HF почти не изменилась, т.е. несмотря на сниженный в целом уровень вариабельности ритма, абсолютные показатели изменились практически однонаправленно. Когда же анализируем относительные показатели, то уже в покое отмечаем значительное превалирование очень низкочастотной составляющей VLF, а также низкий уровень низкочастной составляющей LF. При переходе больного в положение стоя еще больше проявляется данная тенденция: практически полностью ритм изменяется за счет очень низкочастотной составляющей VLF (ее вклад равняется 86,2%), еще более снижается вклад низкочастной составляющей LF (11,5%), снижение вклада высокочастотной составляющей HF, как мы уже видели в предыдущих примерах, является закономерным.

Таким образом, исследование вегетативной регуляции ритма у больного с самой распространенной сердечно-сосудистой патологией - ишемической болезнью сердца, показало, что применение именно относительных спектральных показателей вариабельности ритма сердца позволяет выявить характерные признаки нарушений вегетативного контроля. На основании проведенных нами исследований признаками патологии регуляции сердечного ритма можно назвать следующие.

При явной сердечной патологии: - сниженные абсолютные спектральные показатели как в покое, так и в ортопробе, - значительный (не менее 40%) вклад очень низкочастотной составляющей VLF в покое и увеличение его в ортопробе более чем на 10%,
- сниженный вклад (не более 25-30%) низкочастотной составляющей LF в покое и отсутствие прироста его в ортопробе.

При скрытой сердечной патологии (так называемые пограничные состояния):
- абсолютные спектральные показатели могут быть в норме соответственно возрасту,
- увеличение вклада очень низкочастотной составляющей VLF в процессе выполнения ортопробы на 15-20% и более,
- отсутствие прироста или прирост не более 1-5% от исходного уровня вклада низкочастной составляющей LF в процессе выполнения ортостатической пробы.

Признаками нормального вегетативного контроля сердечного ритма являются:
- соответственно возрасту достаточный уровень абсолютных спектральных показателей (общая мощность спектра не менее 1^* Е-3 Гц 2),
- достаточный (не менее 30%) вклад низкочастотной составляющей LF в покое,
- прирост вклада низкочастотной составляющей LF на 5-15% и более в процессе выполнения ортопробы,
- возможно увеличение вклада очень низкочастотной составляющей VLF на 5-10% в процессе выполнения ортопробы.

Список литературы
1. Баевский P. M. , Кириллов О.И., Клецкин С.3. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. М., 1984.

2. Heart rate variability. European Heart Journal 1996, 17, 354-381.

Формула изобретения

Способ исследования вариабельности ритма сердца, включающий запись электрокардиограммы больного в положении лежа и в процессе выполнения активной ортостатической пробы с последующим подсчетом продолжительности кардиоинтервалов, построением ритмограммы, ее спектральным анализом по трем компонентам спектра колебаний ритма сердца: очень низкочастотного (VLF), низкочастотного (LF) и высокочастотного (HF), отличающийся тем, что оценивают вклад каждого из трех компонентов спектра колебаний ритма сердца в общую мощность спектра колебаний ритма в покое и в процессе выполнения активной ортостатической пробы путем определения относительных показателей по формулам



где VLF - средняя мощность спектра колебаний ритма сердца в диапазоне очень низких частот (от 0 до 0,04 Гц);
LF - средняя мощность спектра колебаний ритма сердца в диапазоне низких частот (от 0,04 до 0,15 Гц);
HF - средняя мощность спектра колебаний ритма сердца в диапазоне высоких частот (от 0,15 до 0,4 Гц);
ОМС - общая мощность спектра колебаний ритма сердца (принимается за 100%),
причем, если в процессе выполнения активной ортостатической пробы наблюдается отсутствие или снижение прироста вклада составляющей LF до 1 - 5% и увеличение вклада составляющей VLF на 15 - 20% и более по сравнению с покоем, то состояние сердечного ритма определяют как отличное от нормы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9