Способ определения оптимального режима тестирования нагрузки на основе критерия кардиореспираторной синхронизации

Способ относится к медицине, а именно к тестированию функциональной нагрузки человека. Проводят функциональную физическую нагрузку и регистрацию электрокардиоинтервалограммы и пневмоинтервалограммы. Дополнительно до, во время и после нагрузки определяют длительность пневмоцикла (PC) и кардиоцикла (RR) и по формуле PC/ (PC-RR) вычисляют коэффициент кардиореспираторной синхронизации (ККРС) и определяют режим нагрузки. При этом значение ККРС в пределах 10% относительно стандарта 1,309 свидетельствует об оптимальном режиме нагрузки и удовлетворительном функциональном состоянии; увеличение ККРС до 15% относительно стандарта свидетельствует о состоянии функционального напряжения, соответствующего степени нагрузки; увеличение ККРС более чем на 25% относительно стандарта свидетельствует о состоянии перенапряжения и о пределе увеличения интенсивности нагрузки; снижение ККРС более чем на 10% относительно стандарта свидетельствует о неблагоприятном режиме напряжения и о снижении толерантности к физической нагрузке. Способ повышает точность и сокращает время оценки. 3 ил.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к тестированию степени переносимости функциональной (физической) нагрузки человека путем регистрации длительности кардиоциклов и пневмоциклов и расчета на их основе значений коэффициента кардиореспираторной синхронизации для определения оптимально переносимой ступени физической нагрузки.

Целью изобретения является повышение точности, надежности способа и расширения диагностики изменения функционального состояния, обследуемого при проведении функциональных нагрузочных проб.

Цель достигается определением по параметрам ритмов сердечной деятельности и дыхания коэффициента соотношений длительности пневмоцикла и показателя выраженности дыхательной аритмии (рассчитываемого как разность между длительностью дыхательного цикла и значением усредненного за этот дыхательный цикл кардиоцикла) - коэффициента кардиореспираторный синхронизации (ККРС) в реальном масштабе времени до и при ступенчато нарастающей физической нагрузке. При значениях кардиореспираторного коэффициента, близких к 1,309 (±10%), как в условиях относительного покоя, так и при нагрузке определятся удовлетворительное функциональное состояние, оптимальная переносимость нагрузки. При повышении его значений до 1,5 и выше (увеличение более чем на 15%) определяется состояние функционального напряжения пациента, соответствующее уровню нагрузки. При увеличении значений коэффициента КРС более чем на 25% от инвариантного значения состояние обследуемого определяется как перенапряжение, что в случае нагрузочного тестирования свидетельствует о пределе увеличения интенсивности нагрузки.

Снижение значений коэффициента КРС свидетельствует о десинхронизации, дискоординации ритмов сердечных сокращений и дыхания и снижение более чем на 10% свидетельствует о неблагоприятном нагрузочном режиме напряжения при тестирующей нагрузке. Снижение значений кардиореспираторного коэффициента связано с замедлением ритма дыхания, что ведет к уменьшению поступления в организм кислорода, преждевременному развитию гипоксии и, следовательно, к аэробно-анаэробному сдвигу метаболизма в сторону последнего, что определяет неблагоприятное влияние нагрузки на организм в таких условиях.

Введение

На основе системного подхода к анализу многомерных данных ранее нами было показано, что для оценки функционального состояния организма важными являются не только абсолютные значения показателей жизнедеятельности органов и систем, состояния функций, но и характер их взаимодействия, соотношения. Особенно актуальным это является для распознавания ранних дисфункций и дезадаптационных расстройств организма [1]. Поэтому наиболее ранним ответом на чрезмерную, превышающую функциональные возможности организма нагрузку является нарушение согласования, десинхронизация ритмов жизненно важных систем - кардиальной и респираторной. На этой основе В.М.Михайловым был разработан способ оценки функционального состояния человека путем сопоставления вариабельности ритма сердца (ВРС) и вариабельности длительности дыхательного цикла (ДДЦ), принятый за прототип [2].

Прототип. Суть метода-прототипа состоит в параллельной регистрации ЭКГ и пневмограммы, построении гистограммы ДДЦ и спектрограммы ВРС, графическом наложении на гистограмму ДДЦ спектрограммы высокочастотной компоненты ритма сердца и сравнении значений моды гистограммы и значения пика спектра кардиоинтервалограммы в области высокочастотного компонента. Заключение об удовлетворительном функциональном состоянии делается на основе совпадения моды ДДЦ и пика спектра ВСР в дыхательном диапазоне - 0.1-0.4 Гц. Сравнение моды длительности дыхательного цикла и «наиболее выраженного пика спектрограммы (кардиоинтервалограммы) в области высокочастотного компонента» производится визуально. Считается, что совпадение мод свидетельствует о согласованности работы дыхательного центра и центра, «модулирующего сердечный ритм через блуждающий нерв». Если же пик максимальной мощности высокочастотной компоненты ритма сердца отличается по частоте от моды частоты дыхания более чем на 0,06 Гц, диагностируют десинхронизацию дыхательного и сосудодвигательного центров вегетативной нервной системы, что расценивается как кардиореспираторный десинхроноз.

Пример основных этапов определения показателя степени согласованности работы дыхательного и сосудодвигательного центров, реализованного в виде компьютерной программы, представлен на фиг. 1, а возможности использования прототипа описаны в монографии [3].

Проведенный анализ данных литературы и собственных исследований показал следующее. Как известно, математические модели, используемые при измерении вариабельности ритма сердца в покое, не приемлемы при проведении нагрузочных проб, т.к. при этом условно стационарные процессы в покое при нагрузке становятся абсолютно нестационарными и не пригодными для применения в целях их анализа процедуры быстрых преобразований Фурье. Кроме того, определение моды по гистограммам представляет длительный анализ, не позволяющий учитывать все разнообразие вариабельности обоих ритмов. Недостаточная точность метода прототипа обусловливается неопределенностью степени сдвига моды гистограммы ДДЦ относительно значений пика спектра ВСР в дыхательном диапазоне, который соответствует неадекватности функционального состояния человека или неблагоприятного влияния нагрузки.

В отличие от прототипа в предложенном способе в результате автоматического анализа аналоговых сигналов пневмограммы и электрокардиограммы по общепринятым доступным алгоритмам определяются длительность кардиоциклов (RR) и пневмоциклов (PC) и коэффициент соотношения длительности пневмоцикла и длительности дыхательной аритмии (рассчитываемой как разность длительности дыхательного цикла PC и кардиоцикла RR), названный коэффициентом кардиореспираторной синхронизации (ККРС). При значении кардиореспираторного коэффициента, близком к 1,309 (±10%), в состоянии оперативного покоя и во время нагрузки определятся оптимальный режим нагрузки, удовлетворительное функциональное состояние; при повышении его значений до 1,5 и выше (увеличение на 15% и более) определяется состояние функционального напряжения, а при нагрузочном тестировании - состояние напряжения, соответствующего степени нагрузки. При увеличении значений коэффициента КРС более чем на 25% от инвариантного значения состояние обследуемого определяется как перенапряжение, что в случае нагрузочного тестирования свидетельствует о пределе увеличения интенсивности нагрузки.

Снижение коэффициента КРС свидетельствует о десинхронизации, дискоординации ритмов ЧСС и ЧД и снижение более чем на 10% свидетельствует о неадекватном, неблагоприятном режиме напряжения. Дальнейшее снижение коэффициента может вести к неблагоприятным последствиям. Снижение значений кардиореспираторного коэффициента связано с замедлением ритма дыхания, что ведет к уменьшению поступления в организм кислорода и, следовательно, к аэробно-анаэробному сдвигу метаболизма в сторону последнего, что означает снижение толерантности к физической нагрузке в этих условиях.

Данный способ состоит в непрерывной или периодической с высокой дискретностью регистрации в режиме мониторинга указанных физиологических параметров пневмограммы и электрокардиограммы и их соотношений (коэффициент кардиореспираторной синхронизации, ККРС) до нагрузки и во время ступенчато нарастающей нагрузки, проводимой в общепринятом режиме. Диагностическое решение принимается в процессе мониторинга, т.е. в реальном масштабе времени.

Предложенный способ осуществляется следующим образом:

1) крепление стандартных датчиков для регистрации дыхания и электрокардиограммы (в любом отведении);

2) регистрация электрокардиограммы и пневмограммы в положении лежа и обработка в режиме в реальном масштабе времени (1 минута);

3) регистрация электрокардиограммы и пневмограммы при разминке (сидя на велоэргометре без нагрузки, вращение педалей со скорость 70 об/мин, 3 минуты) и обработка в режиме в реальном масштабе времени (1 минута);

4) регистрация электрокардиограммы и пневмограммы при нагрузке (нагрузка 25 Вт, скорость 70 об/мин, 3 минуты) и обработка в режиме в реальном масштабе времени;

5) регистрация электрокардиограммы и пневмограммы при нагрузке (нагрузка 50 Вт, скорость 70 об/мин, 3 минуты) и обработка в режиме в реальном масштабе времени;

6) регистрация электрокардиограммы и пневмограммы при нагрузке (нагрузка - 75 Вт, скорость 70 об/мин, 3 минуты) и обработка в режиме в реальном масштабе времени.

И так далее при нарастании нагрузки ступенчато по 25 Вт до максимальной, при которой значения ККРС начинают снижаться.

Примеры осуществления предложенного способа

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Крепление стандартных датчиков для регистрации дыхания и электрокардиограммы (в любом отведении); регистрация электрокардиограммы и пневмограммы в положении лежа (в состоянии покоя) до нагрузки и обработка показателей в режиме в реальном масштабе времени (1 минута); регистрация электрокардиограммы и пневмограммы до нагрузки при разминке (сидя на велоэргометре без нагрузки, вращение педалей со скорость 70 об/мин, 3 минуты) и обработка в режиме в реальном масштабе времени (1 минута); регистрация электрокардиограммы и пневмограммы сразу после нагрузки (нагрузка 25 Вт, скорость 70 об/мин, 3 минуты) и обработка в режиме в реальном масштабе времени; регистрация электрокардиограммы и пневмограммы сразу после нагрузки (нагрузка 75 Вт, скорость 70 об/мин, 3 минуты) и обработка в режиме в реальном масштабе времени. На фиг.2 представлены примеры определения динамики, близких к инвариантному значению ККРС в исходном состоянии у 3 студентов до и во время нарастающей нагрузки.

На фиг.3 представлены примеры определения ККРС у студентов со сниженными его значениями в покое и исходно зарегистрированными клиническими изменениями электрокардиограммы (неполная блокада правой ножки Гиса, неспецифические изменения ST и Т). Регистрация показателей осуществлялась выше описанным способом.

Разминка у этих студентов сохраняет исходный уровень соотношения ритмов сокращений сердца и дыхания. Но уже при первой нагрузке это соотношение несколько снижается и максимальная нагрузка вызывала снижение КРС на 11 и 18%. Нижняя кривая указывает на неадекватность нагрузки, дальнейшая (максимальная) нагрузка оказывает неблагоприятное влияние на функциональное состояние. Это - студент, у которого регистрировали неспецифические изменения ST и Т. Это показывает, что у практически здоровых людей со сниженным значением ККРС в покое при нагрузке наблюдается дальнейшее снижение коэффициента, при дисфункции сердечной деятельности в покое это снижение более выражено и нагрузка приводит к состоянию перенапряжения.

Таким образом, результаты сопоставления клинического обследования с динамикой коэффициента КРС наглядно подтверждают соответствие оценки нагрузки клинико-физиологическим показателям.

В отличие от прототипа коэффициент кардиореспираторной синхронизации ККРС определяется в текущем режиме нагрузки, что в значительной степени сокращает время оценки влияния нагрузки на организм. В отличие от прототипа ККРС существенно повышает точность оценки влияния нагрузки, т.к. интервалы RR определяются в ЭКГ при любом отведении с высокой точностью и PC - по пневмограмме также определяется с высокой точностью. Определение КРС повышает диагностическую значимость нагрузочного тестирования, т.к. КРС является информационным коэффициентом, отражающим причинно-следственные отношения ритмов как осцилляционных процессов, тем самым показывает взаимодействия основных жизненно важных физиологических систем, позволяя точно определить степень и характер изменения этого взаимодействия. Все это дает возможность вовремя получить информацию о неблагоприятном влиянии нагрузки на здоровье и вовремя прекратить нарастание нагрузки, тем самым предотвратить неблагоприятные последствия.

Благодаря унификации тестирования, легкости обработки и анализа получаемых результатов в текущем времени данный способ позволяет проводить систематизацию и математическую обработку данных, что дает возможность сравнительных оценок как индивидуальных, так и групповых. Интерпретация ККРС соответствует современному пониманию роли синхронизации ритма дыхания и сердцебиения для физиологического статуса и функциональных резервов человека, сложившемуся за десятки лет научно-практических исследований в процессе нагрузочного тестирования. При этом на уровне интерпретации хорошо прослеживается связь снижения ККРС более чем на 15-20% со снижением частоты дыхания, т.е. достижением аэробного-анаэробного порога и неэффективностью нейрогуморальной регуляции.

Данный способ предназначен для превентивной и клинической медицины и может быть использован в любых медицинских учреждениях в кабинетах функциональной диагностики, при индивидуальных и массовых обследованиях в производственной и спортивной медицине.

Преимущества предложенного способа нагрузочного тестирования: быстрота, точность, надежность за счет использования прямых физиологических показателей; анализ в реальном масштабе времени, возможность выявления ранних предвестников снижения толерантности к нагрузочной пробе, высокая степень формализации и унификации.

Литература

1. Дмитриева Н.В., Глазачев О.С. Индивидуальное здоровье и полипараметрическая диагностика функциональных состояний организма. - М.: «Горизонт», 2000. - 214 с.

2. Михайлов В.М. Способ оценки функционального состояния человека на основе анализа вариабельности ритма сердца и вариабельности длительности дыхательного цикла. - Патент на изобретение №2195163. Приоритет от 29.01.2001.

3. Михайлов В.М. Нагрузочное тестирование под контролем ЭКГ: велоэргометрия, тредмилл-тест, степ-тест, ходьба. - Иваново, 2005. - 439 с.

Способ определения оптимальности тестирования нагрузки на основе кардиореспираторной синхронизации, включающий проведение функциональной физической нагрузки и регистрации электрокардиоинтервалограммы и пневмоинтервалограммы, отличающийся тем, что дополнительно до, во время и после нагрузки определяют длительность пневмоцикла (PC) и кардиоцикла (RR) и по формуле PC/ (РС-RR), вычисляют коэффициент кардиореспираторной синхронизации (ККРС) и определяют режим нагрузки, при этом значение ККРС в пределах 10% относительно стандарта 1,309 свидетельствует об оптимальном режиме нагрузки и удовлетворительном функциональном состоянии; увеличение ККРС до 15% относительно стандарта свидетельствует о состоянии функционального напряжения, соответствующего степени нагрузки; увеличение ККРС более чем на 25% относительно стандарта свидетельствует о состоянии перенапряжения и о пределе увеличения интенсивности нагрузки; снижение ККРС более чем на 10% относительно стандарта свидетельствует о неблагоприятном режиме напряжения и о снижении толерантности к физической нагрузке.