Вариабельность сердечного ритма: физиологические механизмы, методы исследования, клиническое и прогностическое значение

31 Марта в 14:06 13022 0


Исследование вариабельности сердечного ритма (ВСР) было начато в 1965 г., когда исследователи Hon и Lee отметили, что состоянию дистресса плода предшествовала альтернация интервалов между сердечными сокращениями до того, как произошли какие-либо различимые изменения в сердечном ритме. Только 12 лет спустя Wolf и соавторы выявили взаимосвязь большего риска смерти у больных, перенесших ИМ со сниженной ВСР. Результаты Фремингемского исследования на протяжении 4-летнего наблюдения (736 лиц пожилого возраста) убедительно доказали, что ВСР содержит независимую и находящуюся за пределами традиционных факторов риска прогностическую информацию. В 1981 г. Akselrod с коллегами использовали спектральный анализ колебаний сердечного ритма для количественного определения показателей сердечнососудистой системы от систолы к систоле.

В 1996 г. рабочая группа экспертов Европейского общества кардиологов и Североамериканского общества кардиостимуляции и электрофизиологии разработала стандарты использования показателей ВСР в клинической практике и кардиологических исследованиях, в соответствии с которыми сейчас выполняется большинство исследований. Для определения ВСР рекомендуется использовать ряд методов, обеспечивающих наиболее полный анализ при минимальных затратах методов и времени. Кроме рекомендаций относительно выбора метода оценки ВСР, в документе приведены требования к процедуре измерения всех параметров, влияющих на определение ВСР.

Определение ВСР, основные области применения метода, показания к использованию

ВCР — это естественные изменения интервалов между сердечными сокращениями (длительности кардиоцик лов) нормального синусового ритма сердца. Их называют NN-интервалами (Norman to Norman). Последовательный ряд кардиоинтервалов не является набором случайных чисел, а имеет сложную структуру, что отражает регуляторное влияние на синусный узел сердца вегетативной нервной системы и различных гуморальных факторов. Поэтому анализ структуры ВСР дает важную информацию о состоянии вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы и организма в целом.

Сердечные центры продолговатого мозга и моста непосредственно управляют деятельностью сердца, оказывая хронотропный, инотропный и дромотропный эффекты. Передатчиками нервных влияний на сердце служат химические медиаторы: ацетилхолин в парасимпатической и норадреналин — в симпатической нервной системе.

Можно условно выделить 4 направления применения методов анализа ВСР:

1. Оценка функционального состояния организма и его изменений на основе определения параметров вегетативного баланса и нейрогуморальной регуляции.

2. Оценка выраженности адаптационного ответа организма при воздействии различных стрессов.

3. Оценка состояния отдельных звеньев вегетативной регуляции кровообращения.

4. Разработка прогностических заключений на основе оценки текущего функционального состояния организма, выраженности его адаптационных ответов и состояния отдельных звеньев регуляторного механизма.

Практическая реализация указанных направлений открывает широкое поле деятельности как для ученых, так и для практиков. Далее предлагается ориентировочный и весьма неполный перечень областей использования методов анализа ВСР и показаний к их применению, составленный на основе анализа современных отечественных и зарубежных публикаций.

Перечень областей использования методов анализа ВСР:

1. Оценка вегетативной регуляции ритма сердца у практически здоровых людей (исход ный уровень вегетативной регуляции, вегетативная реактивность, вегетативное обеспечение деятельности).

2. Оценка вегетативной регуляции ритма сердца у пациентов с различной патологией (изменение вегетативного баланса, степень преобладания одного из отделов вегетативной нервной системы). Получение дополнительной информации для диагностики некоторых форм заболеваний, например, автономной нейропатии при диабете.

3. Оценка функционального состояния регуляторных систем организма на основе интегрального подхода к системе кровообращения как к индикатору адаптационной деятельности всего организма.

4. Определение типа вегетативной регуляции (ваго-, нормо- или симпатикотония).

5. Прогноз риска внезапной смерти и фатальных аритмий при ИМ и ИБС у больных с желудочковыми нарушениями ритма, при ХСН, обусловленной АГ, кардиомиопатией.

6. Выделение групп риска по развитию угрожаю щей жизни повышенной стабильности сердечного ритма.

7. Использование в качестве контрольного метода при проведении различных функциональных проб.

8. Оценка эффективности лечебно-профилактических и оздоровительных мероприятий.

9. Оценка уровня стресса, степени напряжения регуляторных систем при экстремальных и суб экстремальных воздействиях на организм.

10. Использование в качестве метода оценки функциональных состояний при массовых профилактических обследованиях различных контингентов населения.

11. Прогнозирование функционального состояния (устойчивости организма) при проведении профотбора и определении профпригодности.

12. Выбор оптимальной медикаментозной терапии с учетом фона вегетативной регуляции сердца. Контроль эффективности проводимой терапии, коррекция дозы препарата.

13. Оценка и прогнозирование психических реакций по выраженности вегетативного фона.

14. Контроль функционального состояния в спорте.

15. Оценка вегетативной регуляции в процессе развития у детей и подростков. Применение в качестве контрольного метода в школьной медицине для социально-педагогических и медико-психологических исследований.

Представленный перечень не является исчерпывающим и может быть дополнен.

Причины ВСР

ВСР имеет внешнее и внутреннее происхождение. К внешним причинам относят изменение положения тела в пространстве, физическую нагрузку, психоэмоциональный стресс, температуру окружающей среды.

Денервированное сердце сокращается практически с постоянной частотой. Как отмечалось выше, лабильность ЧСС обусловлена вегетативным влиянием на синусный узел. Симпатические импульсы ускоряют ритм сердца, а парасимпатические замедляют. Основная цель регуляции ЧСС — стабилизация АД. Регулируется с помощью барорефлекторного механизма, являющегося самым быстрым механизмом регуляции АД с латентным периодом около 1–2 с. Кроме вегетативных воздействий на сердце, изменения ЧСС вызывают и гуморальные факторы. Колебанием концентрации в крови адреналина и других гуморальных агентов объясняют происхождение очень медленных волн сердечного ритма (<0,04 Гц).

Механизм изменений ЧСС при дыхании связан с функционированием барорефлекторной системы стабилизации АД. Экскурсии грудной клетки и диафрагмы при дыхании приводят к колебаниям давления в грудной полости, что является возбуждающим воздействием на систему стабилизации АД. Как известно, сердечный выброс уменьшается на вдохе и увеличивается на выдохе вследствие изменения притока крови к сердцу при изменении давления в грудной полости. Это вызывает колебания АД. Непосредственное влияние на частоту сердечного ритма оказывает изменение тонуса блуждающего нерва. На вдохе происходит снижение тонуса блуждающего нерва и кардиоинтервалы сокращаются. При этом чем сильнее вагусная депрессия синусного узла, тем значительнее колебания ЧСС при дыхании. Это подтверждается тем, что атропиновая блокада блуждающего нерва приводит к резкому снижению амплитуды дыхательных волн сердечного ритма.

Известно, что при увеличении объема крови и повышении давления в крупных венах происходит повышение ЧСС несмотря на сопутствующее повышение АД — так называемый рефлекс Бейнбриджа. Этот рефлекс преобладает над барорецепторным рефлексом при увеличении ОЦК и, наоборот, уменьшение объема крови приводит к уменьшению МОК и АД, при этом отмечают повышение ЧСС.

Особое влияние на ВСР оказывает легочная вентиляция: стимуляция хеморецепторов вызывает умеренную гипервентиляцию, со стороны сердца при этом выявляют брадикардию и, наоборот, при значительной гипервентиляции ЧСС обычно возрастает.

Методы исследования ВСР

Соответственно международным стандартам ВСР исследуют двумя методами:

1) регистрация R–R-интервалов в течение 5 мин;

2) регистрация R–R-интервалов в течение суток. Краткосрочную запись чаще используют для экспресс-оценки ВСР и проведения различных функциональных и медикаментозных проб. Для более точной оценки ВСР и исследования циркадных ритмов вегетативной регуляции используют метод суточной регистрации R–R-интервалов. Однако и при суточной регистрации расчет большинства показателей ВСР проводится по каждому последовательному 5-минутному периоду. Это связано с тем, что для спектрального анализа необходимо использовать только стационарные отрезки ЭКГ, а чем длительней запись, тем чаще встречаются нестационарные процессы.

Для оценки высокочастотного компонента (HF) ритма сердца необходима запись около 1 мин, тогда как для анализа низкочастотного компонента (LF) необходимо уже 2 мин записи. Для объективной оценки очень низкочастотного компонента ВСР (VLF) длительность записи должна быть не менее 5 мин. Поэтому для стандартизации исследований ВСР при коротких записях выбрана предпочтительная длительность записи 5 мин.

Требования к краткосрочной записи ЭКГ для анализа ВСР

К исследованию необходимо приступать не ранее чем через 1,5–2 ч после приема пищи. Исследования проводят в затемненной комнате, за 12 ч необходимо отменить прием лекарственных средств, употребление кофе, алкоголя, физические и психические нагрузки. Запись регистрируют в промежутке с 9:00 до 12:00 в комфортных условиях при температуре воздуха 20–22 °С. Перед началом исследования необходим период адаптации к окружающим условиям в течение 5–10 мин. Исследование у женщин следует проводить с учетом фаз менструального цикла. Необходимо устранить все раздражающие влияния: отключить телефон, прекратить разговоры с пациентом, исключить появление в кабинете других лиц, включая медработников. Стартовое исследование проводится в положении лежа на спине или сидя с опорой на спинку стула.

Протоколы коротких записей обычно включают пробы с модуляцией дыхания: задержка дыхания с определенной частотой и глубиной; соотношение продолжительности фаз вдоха и выдоха; активный и пассивный ортостатический тесты; ручная динамометрия; вегетативные пробы (Вальсальвы, с задержкой дыхания, массаж каротидного синуса, надавливание на глазные яблоки, холодовые пробы с охлаждением лица, кистей рук и стоп); фармакологические пробы; ментальные пробы (арифметические упражнения, музыка); различные комбинации протоколов.

При суточной регистрации ЭКГ значительное влияние на анализ ВСР оказывают циркадные колебания (день — ночь) ритма сердца. Кроме того, на ВСР при этом значительно влияют такие факторы, как физическая активность пациента, различные стрессовые влияния, прием пищи, сон. Поэтому при суточном мониторировании ЭКГ необходимо вести протокол действий больного и различных факторов, влияющих на ритм сердца. При патологии необходимо определять время воздействия и выраженность различных симптомов, особенно болевых ощущений.

Эктопические сокращения, эпизоды аритмии, шумовые помехи и другие артефакты значительно снижают возможности спектрального анализа для определения состояния вегетативной регуляции функции сердца. Перед расчетом показателей ВСР необходимо удалить с записи ЭКГ артефакты и экстрасистолы. Это возможно, когда их относительное количество невелико — не более 10% всех R–R-интервалов. Артефактами принято считать R–R-интервалы, длительность которых превышает среднее значение более чем на 2 стандартных отклонения.

Методы анализа и определяемые показатели

Характеристики ВСР могут быть определены с помощью множества различных способов, каждый из которых отражает одну из сторон исследуемого явления. Обычно выделяют такие группы методов:

1) временной области (статистические и геометрические);

2) частотной области;

3) автокорреляционный анализ;

4) нелинейные;

5) независимых компонентов;

6) математическое моделирование.

Методы временной области

Исследование ВСР методом временной области включает анализ следующих показателей: SDNN — стандартное отклонение N–N- интервалов;

SDANN — стандартное отклонение средних значений SDNN из 5 (10)-минутных сегментов для средней длительности, многочасовых или 24-часовых записей;

RMSSD — квадратный корень из суммы квадратов разности величин последовательных пар N–N-интервалов;

NN50 — количество пар последовательных N–N-интервалов за весь период записи, различающихся более чем на 50 мс;

PNN50 — доля NN50 общего количества последовательных пар N–N-интервалов, различающихся более чем на 50 мс, полученного за весь период записи.

Как указывалось выше, для количественной оценки ВСР за длительный период используют также геометрический метод. Все интервалы N–N за 24 ч представляют в виде гистограммы и затем по ней производят расчеты геометрических показателей.

Наиболее часто используют триангулярный индекс ВСР (HVR index) и показатель триангулярной интерполяции гистограммы N–N (TINN). Оба показателя малочувствительны к разного рода ошибкам, возникающим при подразделении комплексов QRS на нормальные и ненормальные. Тем самым снижаются требования к качеству записи ЭКГ и ее анализу. Характеристика временных показателей представлена в табл. 4.1.

 

 

 

 4.1-5.jpg

Таблица 4.1

Методы частотной области

В спектре коротких записей (от 2 до 5 мин) принято выделять 5 главных спектральных компонентов:

TH — общая мощность спектра;

VLF — очень низкие частоты в диапазоне менее 0,04 Гц; 

 

 

 4.2-5.jpg

LF — низкие частоты в диапазоне 0,04–0,15 Гц;

HF — высокие частоты в диапазоне 0,15– 0,4 Гц;

LF/HF — соотношение LF к HF.

Характеристика и определение всех спектральных показателей представлены в табл. 4.2.

 

 4.3-5.jpg

Таблица 4.3

В табл. 4.3 представлены соответствия между временными и спектральными показателями ВСР.

Автокорреляционный анализ

Вычисляется автокорреляционная функция ряда R–R-интервалов, представляющая собой график коэффициентов корреляции, получаемых при его последовательном смещении на один R–R-интервал по отношению к своему собственному ряду. После первого сдвига на одно значение коэффициент корреляции настолько меньше единицы, насколько более выражены высокочастотные волны. Если в выборке доминируют медленноволновые компоненты, то коэффициент корреляции после первого сдвига незначительно меньше единицы. Последующие сдвиги ведут к постепенному уменьшению корреляционных коэффициентов. Поскольку автокорреляционная функция и спектр процесса связаны парой преобразований Фурье, использование автокорреляционного или спектрального анализа — выбор исследователя (табл. 4.4).

Методы нелинейного анализа

Многообразные влияния на ВСР, включая механизмы высших вегетативных центров, обусловливают нелинейный характер изменений сердечного ритма, для описания которого требуется использование специальных методов. Однако применение нелинейного анализа в клинической практике ограничено в связи с рядом факторов:

1) сложность как с точки зрения структурного анализа, так и с точки зрения вычислительных алгоритмов;

2) невозможность применения коротких протоколов и необходимость использования только длинных записей для анализа;

 

 4.4-5.jpg

Таблица 4.4

3) отсутствие накопленной физиологической базы интерпретации результатов нелинейного анализа.

Рекомендуемые для использования показатели и методы графического анализа представлены в табл. 4.5.

 

 

 4.5-5.jpg

Таблица 4.5

Метод анализа независимых компонентов

Поскольку определение частотных полос VLF, LF и HF при спектральном анализе ВСР достаточно условны, более правильным является разделение общей ВСР на независимые компоненты, обусловленные различными механизмами систем регуляции. Этот метод относится к нелинейным методам статистического анализа, не требует длительной записи ВСР.

Метод математического моделирования

Метод вплотную примыкает к методу анализа независимых компонентов по направленности на предварительную обработку исходного сигнала ВСР с последующим применением методов частотной области и нелинейного анализа. Метод основывается на физиологических описаниях функционирования автономной нервной системы.

Для интерпретации результатов анализа ВСР можно использовать данные о физиологических коррелятах показателей ВСР, представленные в табл. 4.6.

 

 

 4.6-5.jpg

Таблица 4.6

ВСР у здоровых людей

ВСР у здоровых людей позволяет оценить их физиологические нормативы, определяющиеся половой принадлежностью, возрастом, положением тела в пространстве, температурой окружающей среды, психическим комфортом, временем суток, сезонностью и другими факторами.

Показатели ВСР отличаются высокой индивидуальностью, а о нарушении регуляции говорят, когда показатели выходят за пределы значений индивидуальной нормы. Половых различий у ВСР нет, хотя у женщин ЧСС выше.

С возрастом связано снижение общей мощности спектра ВСР за счет преобладающего снижения низко- (LF) и высокочастотного (HF) компонента. Поскольку снижение LF и HF происходит синхронно, то отношение LF/HF изменяется мало. Наиболее высокая мощность спектра в детском и юношеском возрасте. С возрастом реакция на модуляцию дыхания снижается, но его связывают с физиологической детренированностью (табл. 4.7).

Масса тела также влияет на ВСР: меньшая масса тела проявляется более высокой мощностью спектра ВСР и HF, а у тучных людей отмечают обратную зависимость. Суточные (циркадные) колебания ВСР проявляются большей мощностью спектра, VLF и LF в дневное время и меньшей ночью при одновременном росте HF. Этот показатель повышается до максимума в ранние утренние часы, тогда как VLF либо не изменяется, либо снижается.

Физические упражнения и спорт приводят к положительным изменениям ВСР: урежается ЧСС, мощность спектра ВСР возрастает за счет HF. Избыточные тренировки чреваты повышением ЧСС и снижением ВСР. Этим отчасти объясняется выявляемая чаще в профессиональном спорте и связанная с чрезмерными нагрузками внезапная смерть.

Частота, глубина и ритм дыхания оказывают существенное влияние на ВСР, с повышением частоты дыхания относительный вклад HF в ВСР уменьшается и отношение LF/HF увеличивается. Пробы Вальсальвы с глубоким дыханием повышают мощность спектра ВСР. Ритмичное дыхание повышает мощность спектра за счет HF.

Нормальные значения временных и спектральных показателей сердечного ритма в зависимости от возраста приведены в табл. 4.7.

Различия в значениях показателей ВСР отмечают также в периоды сна и бодрствования. В табл. 4.8 представлены показатели ВСР у здоровых людей в периоды сна и бодрствования.

 

 

 4.7-5.jpg

Таблица 4.7

*Различия с соответствующим периодом суток группы 20–39 лет достоверны (p<0,05).

 

 4.8-5.jpg

Таблица 4.8

*Различия по сравнению с периодом бодрствования достоверны (р<0,05).

Клиническая оценка показателей ВСР при различных патологических состояниях

Организованная и сбалансированная регуляция — залог качественного здоровья, повышает шансы больного на выздоровление или ремиссию. Реакция регуляторных систем на раздражители неспецифична, но высокочувствительна, и соответственно метод анализа ВСР неспецифичен, но высокочувствителен при самых разных физиологических и патологических состояниях. Однако не следует искать показатели и значения ВСР, присущие конкретным состояниям или нозологическим формам. Учитывая вышесказанное, нам представилось интересным рассмотреть некоторые особенности, выявляемые при анализе показателей ВСР при различных патологических состояниях.

Нестабильная стенокардия

У больных с нестабильной стенокардией выявляют значительное снижение показателей вариабельности сердечного ритма при суточном мониторировании ЭКГ (SDNN, SDANN, SDNNi, RMSSD, PNN50). Снижение показателей ВСР коррелирует со снижением сегмента ST на ЭКГ. Риск неблагоприятных событий (развитие ИМ, внезапной смерти) на протяжении месяца в 8 раз выше при значениях SDANN <70 мс.

ИМ

ИМ характеризуется значительным снижением показателей ВСР при суточном мониторировании ЭКГ по сравнению с ХСН. Снижение ВСР в острой фазе ИМ коррелирует с дисфункцией желудочков, пиковой концентрацией креатинфосфокиназы, выраженностью ОСН. Обоснование изменений, отмечаемых при этой патологии, исследователи видят в нарушении соотношения между симпатическим и парасимпатическим отделами нервной системы. В острый период выявляют повышение тонуса симпатической (LF) и снижение тонуса парасимпатической (HF) нервной системы. Симпатические влияния на миокард снижают порог фибрилляции, парасимпатические имеют защитный характер, повышая порог. Увеличение соотношения LF/HF определяют на протяжении 1 мес пос ле ИМ. Значительное снижение ВСР при ИМ является независимым и высокоинформативным предиктором желудочковой тахикардии, фибрилляции желудочков, внезапной смерти.

Спектральный анализ ВСР у пациентов, перенесших ИМ, выявляет снижение общей мощности спектра и его компонент. В исследовании Североамериканской группы по изучению ВСР наблюдали больных с ИМ. Было установлено, что низкие показатели ВСР при суточном мониторировании ЭКГ коррелируют с риском внезапной смерти более выражено, чем показатели ФВ, количество желудочковых экстрасистол и толерантность к физическим нагрузкам. Выделены значения мощности спектра в различных частотных диапазонах, связанных с неблагоприятным прогнозом заболевания: общая мощность спектра менее 2000 мс 2 , ULF <1600 мс 2 , VLF <180 мс 2 , LF <35 мс 2 , HF <20 мс 2 и отношение LF/HF <0,95. Низкая мощность в диапазоне VLF в большей степени, чем другие показатели, связана с возникновением внезапной аритмической смерти. Пограничными значениями выраженного снижения ВСР при оценке на протяжении 24 ч рекомендуется считать SDNN <50 мс и триангулярный индекс ВСР <15, а для умеренного снижения ВСР — SDNN <100 мс и триангулярный индекс ВСР <20.

В 1996 г. представлены результаты исследования GISSI-2, длившегося 1 тыс. дней (567 пациентов). К концу срока наблюдения умерли 52 человека, что составило 9,1%. Исследователями установлено, что при снижении PNN50 риск смерти возрастал в 3,5 раза, при уменьшении SDNN — в 3 раза, при повышении RMSSD повышается в 2,8 раза.

СН

У больных с СН выявляют значительное снижение ВСР, что обусловлено активацией симпатического отдела нервной системы и тахикардией. Изменение параметров временного анализа ВСР достоверно коррелирует с выраженностью заболевания, однако изменение параметров спектрального анализа не настолько однозначно. В исследовании зависимости между активностью парасимпатических влияний на сердце у больных с ХСН и функцией ЛЖ установлено, что степень снижения ВСР достоверно связана с ФВ. Таким образом снижение парасимпатической регуляции отражает тяжесть систолической дисфункции.

ГКМП

При ГКМП отмечают снижение общей ВСР и ее парасимпатического компонента. У больных с этой патологией ночью снижается значение LF и HF и отмечается высокий показатель LF/HF по сравнению со здоровыми. При этом наиболее выраженные значения компонента HF выявлены у больных с пароксизмами желудочковой тахикардии.

Диабетическая полинейропатия

Изменения ВСР являются ранним (субклиническим) признаком полинейропатии, что позволяет выявить это состояние еще до манифестации клинических признаков. При диабетической полинейропатии отмечают снижение мощности всех спектральных компонентов, отсутствие увеличения LF при ортостатической пробе, «нормальное» соотношение LF/HF, сдвиг влево центральной частоты компонента LF.

Нарушения ритма сердца

Отражая соотношение симпатической и парасимпатической регуляции, ВСР позволяет судить о риске возникновения опасных для жизни аритмий. Возникновению опасных для жизни желудочковых нарушений ритма, по данным J.O. Valkama, предшествует повышение общей мощности спектра прежде всего за счет его низкочастотного компонента.

В 1991 г. Farell с соавторами предоставил данные исследования ВСР у 416 пациентов с нарушениями ритма. Конечной точкой исследования было возникновение стойкой желудочковой тахикардии или фибрилляции желудочков. Установлено, что при сочетании SDNN <20 мс и желудочковой экстрасистолии более 10 в час чувствительность метода составляет 50%, а специфичность — 94%.

Антиаритмические препараты могут воздействовать на ВСР различными путями. В эксперименте показано, что гемодинамическим следствием желудочковых нарушений ритма является изменение желудочковой эфферентной активности. Следовательно, само по себе подавление аритмий может изменять показатели ВСР. В табл. 4.9 суммированы воздействия антиаритмических препаратов на ВСР.

 

 

 4.9-5.jpg

Таблица 4.9

Заключение

Исследование ВСР является неинвазивным, чувствительным и специфичным методом диагностики дисфункции миокарда, способом оценки эффекта медикаментозной терапии. Анализ показателей ВСР позволяет выделить группу больных с высоким риском возникновения внезапной сердечной смерти, а также прогнозировать развитие заболевания.

 


О.С. Сычев, О.И. Жаринов "Вариабельность сердечного ритма: физиологические механизмы, методы исследования, клиническое и прогностическое значение"

Похожие статьи
показать еще
 
Сердечно-сосудистая хирургия