Способ анализа суточной вариабельности ритма сердца
Владельцы патента RU 2417741:
Учреждение Российской академии медицинских наук Научный центр здоровья детей РАМН (НЦЗД РАМН) (RU)
Изобретение относится к медицине, в частности к кардиологии и физиологии. Проводят автоматическое распознавание разностей суточных интервалов ритмокардиограммы. При этом рассчитывают параметры разностей (RRi+1-RRi), последовательно идущих интервалов, и по величине этих разностей, соотношению положительных и отрицательных разностей и времени, за которое сумма положительных и отрицательных разностей становится равной нулю, оценивают динамические особенности вегетативного баланса, преобладание симпатических или парасимпатических звеньев регуляции и сбалансированность их влияний на сердечную деятельность. Способ позволяет количественно оценить сбалансированность вагосимпатических влияний на сердечную деятельность. 2 ил.
Изобретение относится к медицине, в частности к кардиологии и физиологии, и может быть использовано для ранней диагностики и профилактики заболеваний сердечно-сосудистой системы.
Известен 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, низкочастотного и высокочастотного, 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 (Патент РФ №2141246). Недостатком способа является математическая сложность и неточность спектрального анализа.
Известен способ оценки вариабельности сердечного ритма путем вычисления показателей, характеризующих способность сердца к учащению и урежению (Deceleration and Acceleration Capacity (DC and AC), Georg Schmidt, Патент (PCT/DE 2002/004349). Способ Шмидта заключается в делении анализируемого ряда чисел на отрезки одинаковой длины, в центре которых находятся обязательно RRтекущее<RRпоследующее, затем все эти отрезки суммируются. Т.е отрезки произвольной длины строятся в привязке к «текущему» максимуму или минимуму. Получают кривую за сутки, в центре которой стоит максимальная RR; слева и справа выстраивают сумму тех интервалов RR, которые слева и справа от этого числа стоят в исходном ряду.
Недостатком способа Шмидта является то, что в качестве информативного показателя предложена сумма только двух разностей интервалов RR, расположенных в центре вышеупомянутой кривой, в результате происходит игнорирование переходных процессов за сутки, что не позволяет получить достоверного показателя.
Известен способ анализа суточной вариабельности ритма сердца (ВРС) с помощью математической модели вариабельности ритма сердца, характеризующей зависимость величины дыхательной аритмии от частоты сердечных сокращений (Соболев А.В. Мониторирование ЭКГ с анализом вариабельности ритма сердца. - М.: Медпрактика-М. 2005, 201 с.).
Сущность способа заключается в исследовании функции, характеризующей зависимость синусовой аритмии от величины среднего значения частоты сердечных сокращений (ЧСС) на рассматриваемом участке. Ритмограмма разбивается на короткие участки, содержащие по 33 интервала RR. Для каждого короткого участка ритмограммы определяется среднее значение величин интервалов RR и вариация короткого участка ритмограммы, вычисляемая по формуле: ВКР=abs[RR(k+1)-RR(k)], где k=1-32.
К недостаткам способа следует отнести то, что, используя только абсолютные значения разностей интервалов RR, автор лишил их знаков, т.е. отрицательных разностей, а следовательно, нет и урежения ритма.
Известен способ геометрического анализа вариабельности сердечного ритма, в котором используют построение дифференциальной гистограммы (Холтеровская система «Medlog» фирмы "Oxford medical"). Построение данного типа гистограммы осуществляется на основании разницы последующего интервала RR от предыдущего. Если последующий интервал не отличается от предыдущего, то разница равна нулю и интервал откладывается в среднем (нулевом) полигоне дифференциальной гистограммы. Если последующий интервал длиннее предыдущего, получается положительное значение разницы RR интервалов, откладывающееся справа от нулевого значения. Если последующий интервал короче предыдущего, получается отрицательное значение разницы, которое откладывается слева от нулевого значения. Количественной характеристикой дифференциальной гистограммы является ширина ее основания (разброс дифференциальной гистограммы). В норме дифференциальная гистограмма характеризуется мономодальностью и симметричностью. Появление асимметрии в сторону отрицательных значений свидетельствует о преобладании стимулирующих учащений в генерации ритма сердца, т.е. симпатических влияний. Асимметрия в сторону положительных значений свидетельствует о преобладании тормозных влияний на ритм, т.е. парасимпатических влияний (Л.М.Макаров «Холтеровское мониторирование» (3-е издание). - М.: Медпрактика-М, 2005, стр.95-96).
Недостатком способа является отсутствие арифметических действий над разностями последовательных интервалов RR. Гистограмма - это подсчет и графическое изображение количества определенных разностей за сутки.
Этот способ выбран нами в качестве прототипа.
В 1990 году авторами была разработана система ввода холтеровской магнитной записи в ЭВМ PC/AT с автоматическим распознаванием зубцов R и последующим автоматическим анализом динамических рядов интервалов RR на основе нашего программного обеспечения (Куприянова О.О., Стрыгин А.А., Нидеккер И.Г., Бродецкая Е.Е. ЭВМ-методика оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы у детей. // Сб. Проблемы медицинской экологии и здоровья детей и подростков. - Владивосток. - 1991. - с.35-36. Нидеккер И.Г., Стрыгин А.А., Бродецкая Е.Е. Пакет прикладных программ для ввода и анализа физиологических кривых. // Тезисы докладов XXIII Совещания рабочей группы по Космической биологии и медицине. Интеркосмос. Кошице, 1990, с.10).
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа анализа суточной вариабельности ритма сердца для количественной оценки сбалансированности вагосимпатических влияний на сердечную деятельность.
Техническим результатом, направленным на выполнение поставленной задачи, является математический анализ интервалов RR ЭКГ и расчет показателей, характеризующих состояние активности синусового узла и вегетативной регуляции.
Сущность изобретения заключается в том, что рассчитывают параметры разностей (RRi+1-RRi) последовательно идущих интервалов RR, на основании полученных данных находят: время обнуления суммы разностей, величину разностей, положительный и отрицательный «ход суммы», при этом соотношение отрицательных и положительных разностей (RRi+1-RRi) характеризует преобладание симпатического или парасимпатического звеньев регуляции сердечной деятельности.
Существенным отличием является то, что проводят анализ разностей (RRi+1-RRi) динамического ряда интервалов ЭКГ, вычисляют время, за которое сумма положительных разностей (урежение ритма сердца) и отрицательных разностей (учащение ритма сердца) становится равной нулю.
Авторы обнаружили, что количественная оценка компенсации ускорения ритма сердца его замедлением хорошо выражается через сумму разностей RRi+1-RRi. Величины разностей, порядок их появления и время, за которое сумма положительных разностей (урежение ритма сердца) и отрицательных разностей (учащение ритма сердца) становится равной нулю, представляются нам информативными в оценке функционального состояния сердца и организма в целом. Далее это время авторы обозначили как «время обнуления».
Вызывает интерес тот факт, что откуда бы ни начиналось суммирование разностей, всегда приходят к «обнулению». При постоянной неопределенности почти всякого медицинского показателя (всегда не одно число, а его диапазон) такая точность в сбалансированности механизмов урежения и учащения ритма сердца удивительна.
Ночная структура поведения разностей отличается от дневной. Ночью участки динамических рядов интервалов RR, на которых сумма разностей приходит к нулю, существенно короче, чем днем. Ночью четко выражены дыхательные колебания и колебания волн кровяного давления (от 4 до 30 ударов сердца сумма разностей приходит к нулю). Днем временные отрезки «обнуления» суммы разностей (RRi+1-RRi) сильно увеличиваются. Поскольку анализируются интервалы RR ЭКГ, то удобнее время «обнуления» суммы разностей определять в количестве ударов сердца.
На Фиг.1 изображен участок динамического ряда интервалов RR из 13 последовательных ударов сердца с четко выраженной дыхательной периодикой. По горизонтальной оси - порядковые номера интервалов RR, по вертикальной оси - величины интервалов RR в секундах. На графике рядом с каждой точкой поставлена величина разности RRi+1-RRi. Приведены три, подряд идущие, дыхательные колебания (наложенные на ритм сердца), длительностью в 4-5 ударов сердца. Учащение ритма сердца компенсируется его урежением, и сумма разностей (RRi+1-RRi) за время одного колебания будет равно нулю. Положительные разности гасятся отрицательными разностями в пределах одного дыхания.
На Фиг.2 изображен участок динамического ряда интервалов RR из 14 последовательных ударов сердца в отсутствие четких колебаний, на котором сумма разностей обнуляется. Положительные разности гасятся отрицательными разностями в ходе их суммирования. По горизонтальной оси - порядковые номера интервалов RR, по вертикальной оси - величины интервалов RR в секундах. На графике рядом с каждой точкой поставлена величина разности RRi+1-RRi.
Авторы предлагают количественные показатели сбалансированности вагусных или симпатических факторов, влияющих на сердце, путем вычисления различных показателей на основе разностей последовательных интервалов RR длительных записях ЭКГ (суммы разностей, преобладание отрицательных или положительных разностей, интервалы, на которых сумма разностей равна нулю).
Авторами наработан большой архив динамических рядов интервалов RR как для здоровых, так и для больных детей.
Клинический пример осуществления способа.
Девочка Н., 12 лет, поступила в кардиологическое отделение с диагнозом дилатационной кардиомиопатии. В течение года получала сердечный гликозид дигоксин. Была проанализирована суточная запись ЭКГ. Под влиянием дигоксина происходит урежение ЧСС в результате его прямого и опосредованного действия на регуляцию сердечного ритма. Прямое действие заключается в снижении автоматизма синусового узла, большое значение в формировании отрицательного хронотропного эффекта имеет изменение рефлекторной регуляции сердечного ритма с повышением тонуса n.vagus.
В Таблице 1 приведены образцы участков «обнуления» для здорового и больного ребенка в состоянии покоя.
| Таблица 1 | ||||
| N п/п | Здоровый ребенок | Больной ребенок (девочка Н.) | ||
| (RRi+1-RRi) | Текущее значение суммы разностей (RRi+1-RRi) | (RRi+1-RRi) | Текущее значение суммы разностей (RRi+1-RRi) | |
| 1 | 0,03 | 0,11 | ||
| 2 | -0,01 | 0,02 | 0,00 | 0,11 |
| 3 | -0,06 | -0,04 | -0,10 | 0,01 |
| 4 | -0,01 | -0,05 | 0,11 | 0,12 |
| 5 | 0,07 | 0,02 | 0,24 | 0,36 |
| 6 | -0,05 | -0,03 | -0,09 | 0,27 |
| 7 | -0,03 | -0,06 | -0,16 | 0,11 |
| 8 | 0,05 | -0,01 | -0,09 | 0,02 |
| 9 | -0,01 | -0,02 | -0,01 | 0,01 |
| 10 | -0,04 | -0,06 | 0,26 | 0,27 |
| 11 | 0,05 | -0,01 | -0,11 | 0,16 |
| 12 | 0,01 | 0 | -0,01 | 0,15 |
| 13 | -0,13 | 0,02 | ||
| 14 | 0,06 | 0,08 | ||
| 15 | 0,16 | 0,24 | ||
| 16 | -0,10 | 0,14 | ||
| 17 | -0,11 | 0,03 | ||
| 18 | 0,02 | 0,05 | ||
| 19 | 0,02 | 0,07 | ||
| 20 | 0,03 | 0,10 | ||
| 21 | -0,06 | 0,04 | ||
| 22 | 0,04 | 0,08 | ||
| 23 | 0,01 | 0,09 | ||
| 24 | -0,02 | 0,07 | ||
| 25 | -0,07 | |||
| ИТОГО: | 0 | 0 |
Из данных таблицы видно, что компенсация учащения ритма сердца его урежением происходит различным образом. Здесь интересен анализ величин разностей, у здоровых в состоянии покоя разности интервалов не бывают больше 0,1, у больных - значительно выше.
Внезапное появление больших разностей у больного, возможно, означает нарушение компенсаторных возможностей организма.
При этом урежение и учащение ритма сердца происходит неравномерно, т.е. могут долго подряд идти отрицательные разности (учащение), что может свидетельствовать о преобладании симпатического звена регуляции. И вдруг возникает большая положительная разность (резкое урежение), которая гасит симпатическое влияние.
Виден процесс «обнуления»: слева видно, что в ходе суммирования 8 значений суммы (из всех 10 значений разностей RRi+1-RRi) отрицательны. Для удобства дальнейшего пояснения вводят термин «положительный ход суммы» и «отрицательный ход суммы». Из таблицы также видно, что у больного ребенка, получавшего длительное время дигоксин, все текущие значения суммы положительны, т.е. тут «положительный ход суммы», что характеризует преобладание парасимпатических влияний.
А «отрицательный ход суммы» связан с преобладанием влияния симпатического звена регуляции.
Предлагаемый способ позволяет оценить динамические особенности вегетативного баланса, колебания активности симпатического и парасимпатического звеньев вегетативной нервной системы в процессе деятельности сердца, в том числе связанные с дыхательными волнами и волнами артериального давления.
Основное достоинство предлагаемого способа состоит в сохранении физиологического смысла в ходе математического анализа, что теряется при использовании других сложных математико-статистических методов. При данном способе анализа врач-диагност не теряет смысловую связь с результатами инструментальных исследований сердечной деятельности.
Способ анализа суточной вариабельности ритма сердца, включающий автоматическое распознавание разностей суточных интервалов RR, отличающийся тем, что рассчитывают параметры разностей (RRi+1-RRi), последовательно идущих интервалов, и по величине этих разностей, соотношению положительных и отрицательных разностей и времени, за которое сумма положительных и отрицательных разностей становится равной нулю, оценивают динамические особенности вегетативного баланса, преобладание симпатических или парасимпатических звеньев регуляции и сбалансированность их влияний на сердечную деятельность.
