Вариабельность сердечного ритмаВариа́бельность (варабельность) серде́чного ри́тма (ВСР), также Вариабельность ритма сердца (англ. Heart rate variability, HRV), — физиологическое явление, проявляющееся в изменении интервала между началами двух соседних сердечных циклов. Оценивается по изменениям интервала времени между соседними сердечными сокращениями (сердцебиениями). Реже используются следующие синонимичные термины: «вариабельность длины цикла», «вариабельность RR» (где R — точка, соответствующая пику комплекса QRS волны электрокардиограммы (ЭКГ) и RR — интервал между последовательными R) и «вариабельность периода сердца». ВСР является величиной, обратной к вариабельности мгновенной частоты сердечных сокращений (ЧСС). В соответствии с ГОСТом[D: 1], «регистрирующий прибор для измерения зависимости периода сердечных сокращений от времени» следует называть хронокардиографом и такие записи следует называть хронокардиограммами. В научной литературе можно встретить термины, употребляемые в качестве синонимов для хронокардиограмм. Так, последовательность значений «мгновенной» ЧСС иногда называют кардиотахограммой, а последовательность значений интервалов между началами соседними сердцебиениями называют ритмограммой.[A: 1][B: 1] Баевский с той же целью употреблял термин «динамический ряд кардиоинтервалов» и «кардиоинтервалограмма»; а термин «ритмограмма» использовал для обозначения одного из графических способов представления динамических рядов кардиоинтервалов, то есть хронокардиограмм.[A: 2] Исследование и анализ ВСР включают три этапа:[1]
История изученияСчитается[2], что первым это явление было обнаружено Альбрехтом фон Галлером в 1760 г.[B: 2] Анализ ВСР начал активно развиваться в СССР в начале 1960-х годов, поскольку одним из важных стимулов его развития послужили успехи космической медицины. В 1966 г. в Москве состоялся первый в мире симпозиум по вариабельности сердечного ритма].[A: 2] Первые монографии по ВСР[B: 3][B: 4] также были изданы в СССР.[A: 2] В 1980-х годах Р. М. Баевский предложил для комплексной оценки ритма сердца показатель активности регуляторных систем (ПАРС), который вычисляется в баллах на основании перечисленных методик. То есть качественный анализ ВСР должен быть проведен по всем трем методикам, а полученные данные используются для расчета показателя ПАРС.[B: 4][A: 2] В 1996 г. были опубликованы международные рекомендации (Рекомендации—1996), разработанные рабочей группой Европейского кардиологического общества и Североамериканского общества кардиостимуляции и электрофизиологии (Task Force of The European Society of Cardiology and The North American Society of Pacingand Electrophysiology).[A: 3][A: 4] Несколько позже был опубликован их русскоязычный перевод.[A: 1] В 2001 г., в соответствии с решением Комиссии по диагностическим приборам и аппаратам Комитета по новой медицинской технике Минздрава России (протокол № 4 от 11 апреля 2000 г.) была создана группа экспертов для разработки отечественных методических рекомендаций по анализу ВСР, в результате работы которой был предложен российский вариант рекомендаций по использованию методов анализа ВСР[A: 5], которые в некоторых процедурах значительно отличаются от Рекомендаций—1996. В них предложен также ряд характеристик, предназначенных на оценке функциональных резервов организма, применяемых традиционно в космической медицине СССР.[A: 6] На ограниченную применимость набора методов международного стандарта 1996 г. указывается во многих исследованиях (например,[B: 1][A: 7]). В связи с этим продолжается поиск и разработка новых методов анализа ВСР (например,[A: 6][A: 8][B: 1][B: 5]) Методы регистрацииДинамические ряды кардиоинтервалов могут быть получены при анализе любых кардиографических записей (электрических, механических, ультразвуковых и т. д.).[1] Методы, используемые для обнаружения сердцебиений, включают в себя: электрокардиография, артериальное давление, баллистокардиограммы,[A: 9] и сигнал пульсовой волны, полученный из фотоплетизмографа. Обычно вариабельность ритма сердца оценивают на основании измерений длительности интервалов R-R на ЭКГ, в которой математически (например, при помощи алгоритма Пана-Томпкинса) производят автоматическое распознание R-зубца и формируют запись последовательности интервалов R-R. Более верным было бы исследование длительности интервалов P-P, так как именно начало зубца P и является началом нового сердечного цикла, связанного с возбуждением синусового узла (СУ); традиция использования интервалов R-R связана с тем, что зубец R, особенно во втором стандартном отведении, наиболее легко выделить из ЭКГ-сигнала при компьютерной обработке в силу того, что он является наибольшим по амплитуде.[A: 7] Электрокардиография считается предпочтительным методом, поскольку она облегчает исключение тех сердцебиений, которые происходят не из синоатриального узла. Ошибки в локализации маркеров мгновенного ритма сердца ведут к ошибкам в расчете ВСР, поскольку методы оценки разных показателей ВСР очень чувствительны к артефактам и ошибкам, и даже 2 % ошибочных данных приведут к нежелательным искажениям в вычислениях ВСР. Поэтому для обеспечения точных результатов считается крайне важным отслеживать артефакты перед применением методов математического анализа ВСР.[A: 10] Термин «NN» используется вместо RR, чтобы подчеркнуть тот факт, что обработанные доли являются «нормальными» частями, то есть прошедшими «очистку» от артефактов и процедуру «нормализации». Считается целесообразным различение следующих видов регистрации ВСР: а) в условиях относительного покоя; б) при проведении функциональных тестов; в) в условиях обычной деятельности или при выполнении профессиональных нагрузок; г) в клинических условиях, — поскольку каждый из этих видов исследований характеризуется определёнными особенностями методики.[1] Для выявления нарушения автономной нервной регуляции применяются различные функциональные тесты: рефлекторные, нагрузочные и фармакологические. Среди них наиболее часто используются такие простые, доступные и объективные тесты как проба Вальсальва, ортостатическая проба, дыхательная проба и др.[3] При функциональных пробах длительность регистрации может колебаться от 10—15 мин до 1,5—2 ч.[1] Считается, что использование функциональных проб имеет серьёзные преимущества, поскольку позволяет минимизировать индивидуальные различия и оценить направленность изменений, а не оперировать абсолютными значениями параметров.[4] Методы математического анализаАнализ вариабельности сердечного ритма — это новая методология исследования процессов регуляции физиологических функций, где система кровообращения рассматривается как индикатор адаптационных реакций всего организма.[A: 2] В международных стандартах 1996 г.[A: 3] выделены две группы методов математического анализа ВСР: во временно́м и в частотном доменах. Особо подчёркивается, что переходный процесс при функциональных пробах должен анализироваться специальными методами; анализ переходных процессов может иметь самостоятельное диагностическое и прогностическое значение.[1] Методы временно́го доменаСтатистические методыОснованы на статистическом анализе хронокардиограмм, чтобы получить такие параметры, как:
Геометрические методыВ соответствии с международными стандартами, нормализованная хронокардиограмма (последовательность NN интервалов) может быть отображена в виде некоторой геометрической структуры, параметры которой затем измеряют и используют в качестве интегральных характеристик исходной хронокардиограммы. При работе с геометрическими методами используются три основных подхода:
Триангулярный индекс (TINN) рассчитывается как интеграл плотности распределения (то есть фактически сумма всех NN интервалов), отнесенный к максимуму плотности распределения.[5] Впервые был предложен в 1989 году.[A: 11] Предложенные стандартами 1996 года геометрические методы не подходят для оценки быстрых изменений вариабельности (не короче 20 минут, но предпочтительнее 24 часа); их преимуществом является нечувствительность к нестационаронсти хронокардиограммы. Иные геометрические методы, — например, гистограмма и скатерограмма, — находятся ещё в стадии развития и исследования. Для описания гистограммы обычно используются следующие параметры: AMO — амплитуда моды гистограммы, MO — мода гистограммы, SD — среднеквадратичное отклонение; реже — асимметрия (Ass), эксцесс (Ех), вариационный размах (dX), коэффициент вариации (V) и др.[6] Для оценки адекватности процессов регуляции сердечного ритма используют параметры оценки ВСР, предложенные P.M. Баевским:[B: 4][6]
ИН характеризует активность механизмов симпатической регуляции, состояние центрального контура регуляции; в норме ИН колеблется в пределах 80-150 у. е. Этот показатель чрезвычайно чувствителен к усилению тонуса симпатической нервной системы: небольшая нагрузка (физическая или эмоциональная) увеличивает ИН в 1,5-2 раза; при значительных нагрузках он растет в 5-10 раз; у больных с постоянным напряжением регуляторных систем (психический стресс, стенокардия, недостаточность кровообращения) ИН в покое равен 400—600 у. е.; у больных острым инфарктом миокарда ИН в покое достигает 1000—1200 у. е.[4] Скатерограмма (с англ. — «scatter», «рассеивание») — это графическое изображение пар интервалов RR (предыдущего и последующего) в двумерной координатной плоскости. При этом по оси абсцисс откладывается величина , а по оси ординат — величина . По скатерограмме можно косвенно судить о вариабельности ритма сердца: чем кучнее «облако» точек, тем меньше вариабельность ритма. По точкам, отстоящим далеко от основной группы, можно судить о наличии артефактов и нарушений ритма.[6] В русскоязычных источниках может обозначаться как корреляционная ритмограмма, или как пятна Пуанкаре или Лоренца.[7] Считается, что целесообразно использовать оценку скаттерграммы при аритмиях, когда методы статистического и спектрального анализа вариабельности сердечного ритма малоинформативны или неприемлемы.[7] Методы частотного доменаПри анализе ВСР под спектральной плотностью мощности (СПМ) временной последовательности понимают СПМ стационарного (в широком смысле) случайного процесса, реализацией которого является эта последовательность. Следует иметь в виду, что любой из применяемых спектральных методов — это метод оценки СПМ, а не точного её построения. Если целью исследования является выявление межгрупповых различий в спектральных характеристиках ВСР обследуемых из разных групп, то оценки СПМ ВСР всех больных всех групп надо проводить при помощи одного и того же метода. Стандартная длина участка хронокардиограммы для спектрального анализа составляет 256 кардиоциклов, что соответствует промежутку времени 3,5—5 минут; жёсткие требования стационарности делают невыполнимым спектральный анализ 24-часовой хронокардиограммы[6] Методы в частотной области используются для подсчитывания количество NN-интервалов, которые соответствуют каждой полосе частот. Стандартами рекомендовано различать следующие полосы (компоненты) частот:
Измерение мощности ОНЧ, НЧ, ВЧ обычно осуществляется в абсолютных единицах мощности (мс2), но НЧ и ВЧ могут быть дополнительно выражены в нормализованных единицах, которые показывают относительный вклад каждого из компонентов в пропорции к общей мощности за вычетом ОНЧ-компонента. УНЧ будет получен лишь при использовании спектрального анализа для всего 24-х часовой периода наблюдения. Методы нелинейного анализаДля представления результатов стандарты 1996 года предлагают использовать следующие методы нелинейного анализа (нелинейные методы): сечение Пуанкаре, графики аттрактора на малом числе измерений, сингулярное разложение и аттракторные траектории. Для количественного описания применялись D2 корреляционные размерности, экспонента Ляпунова и энтропия Колмогорова. Нелинейные методы рассматриваются как потенциально многообещающие средства оценки ВСР, однако в настоящее время используются ограничено, поскольку необходим дальнейший прогресс в технологии анализа и интерпретации результатов. Исследование возможностей использования нелинейного анализа ВСР активно продолжается.[B: 5][A: 12][A: 13] Поиск долгосрочных корреляцийБыло обнаружено, что последовательности интервалов RR имеют долгосрочные корреляции. Различные типы корреляций были обнаружены на разных стадиях сна.[A: 14][A: 12] Однако одним из недостатков этих исследований является отсутствие в них статистических оценок достоверности. Физиологические основыФизиологические механизмыЧСС определяется многочисленными регуляторными механизмами; принято выделять интракардиальные (внутрисердечные) и экстракардиальные (внесердечные) механизмы регуляция ритма сердца.[8] Первым уровнем системы регуляции работы сердца является механизм внутрисердечного регулирования. Он связан с особыми свойствами самого миокарда и действует даже в условиях изолированного сердца по закону Франка — Старлинга: изолированное сердце при постоянной частоте сокращений может самостоятельно приспосабливать свою деятельность к возрастающей нагрузке, отвечая на неё увеличенным выбросом. Экстракардиальная регуляция работы сердца осуществляются вегетативной нервной и эндокринной системами; по скорости развития адаптивных процессов и их продолжительности механизмы регуляции сердечно-сосудистой системы делят на:
Синоатриальный узел получает регуляторные воздействия со стороны нервной и эндокринной систем, вследствие чего мгновенный пульс (или интервал RR) изменяются. Основными источниками ВСР являются влияние со стороны автономной (симпатическая и парасимпатическая) нервной системы (АНС) и гуморальные факторы. Дыхание вызывает низкочастотные волны сердечного ритма, опосредованные главным образом через АНС. К иным факторам, которые влияют на ВСР, причисляют барорефлекс (рефлекс Циона — Людвига) , терморегуляцию, цикл сна-бодрствования, приемы пищи, физическая активность и стресс. С точки зрения теория функциональных система регуляция кровообращения представляет собой многоконтурную, иерархически организованную систему, в которой доминирующая роль отдельных звеньев определяется текущими потребностями организма.[9] Наиболее простая двухконтурная математическая модель регуляции сердечного ритма, предложенная Р. М. Баевским[B: 6], исходит из допущения, что система регуляции СУ может быть представлена в виде двух взаимосвязанных уровней (контуров): центрального и автономного с прямой и обратной связью.[9] Кросс-корреляция с другими системамиУстойчиво различают два основных колебательных явления ВСР:
В ходе изучения вопроса о том, как ритмы сердцебиения соотносятся с другими физиологическими системами, такими как легкое и мозг, было обнаружено, что, хотя во время бодрствования, света и быстрого сна корреляция между сердцебиением с другими физиологическими системами высока, они почти исчезают во время глубокого сна.[A: 16] Корреляция ВСР с геофизическими факторамиОбнаружен феномен изменчивости сократительной функции сердца на протяжении 11-летнего цикла солнечной активности, выявлены корреляции популяционных ритмов сердечно-сосудистых катастроф и ритмов солнечной и геомагнитной активности, описана типовая ритмическая реакция сердца на воздействие различных внешних факторов, включая геомагнитную активность.[B: 7] Клиническое значениеСчитается, что стандартизация клинико-физиологической интерпретации показателей ВСР на данном этапе развития науки всё ещё остаётся практически невозможной, поскольку представления и оценки различных авторов нередко противоречивы.[4] Характерной особенностью метода является его неспецифичность по отношению к нозологическим формам патологии и высокая чувствительность к самым разнообразным внутренним и внешним воздействиям.[10] Вместе с тем, ВСР хорошо отражает степень напряжения регуляторных систем, обусловленную возникающей в ответ на любое стрессорное воздействие активацией системы гипофиз-надпочечники и реакцией симпатоадреналовой системы.[9] С целью проведения комплексной оценки функционального состояния по показателю активности регуляторных систем (ПАРС), которая предусматривает диагностику функциональных состояний организма (но не заболеваний); он вычисляется в баллах по специальному алгоритму, учитывающему статистические показатели, показатели гистограммы и данные спектрального анализа хронокардиограмм.[4] Значения ПАРС выражаются в баллах от 1 до 10. На основании анализа значений ПАРС могут быть диагностированы следующие функциональные состояния:
В исследованиях было показано, что сниженная ВСР может быть использована как показатель, отображающий вероятность смерти после перенесённого инфаркта миокарда[A: 17][A: 18], хотя в другой работе сравнение ВСР и сердечного ритма показало, что прогностическая информация о выживаемости после инфаркта миокарда полностью содержится в средней частоте сердечных сокращений[A: 19]. Также с изменённой (обычно более низкой) ВСР может быть связан и ряд других исходов и патологических состояний, например, такие как: застойная сердечная недостаточность, диабетическую невропатию, депрессию после трансплантации сердца.[11][12] Выявлено, что у жертв внезапной сердечной смерти при жизни ВСР была ниже, чем у здоровых людей.[A: 20] Согласно систематическому обзору опубликованных исследований, ВСР коррелирует с прогрессированием заболевания и летальным исходом у онкологических больных.[A: 21] Анализ ВСР находит в кардиологии применение для решения задач дифференциальной диагностики обморочных состояний; в частности, такие задачи приходится рассматривать при принятии решений о призыве на срочную армейскую службу.[B: 8] Другим направлением применения анализа ВСР является оценка дисфункции синусового узла, который бывает связан либо с дисплазией соединительной ткани сердца, либо с СССУ.[13] [14] Существует интерес к ВСР в области психофизиологии. Некоторые результаты указывают на возможность отслеживания уровня стресса по характеристикам ВСР.[B: 4][A: 22] ВСР также использовался для оценки навыков принятия решений в игре с высоким риском, и было обнаружено, что он является показателем более высокой симпатической активации при принятии решений, связанных с риском.[A: 23] См. такжеПримечания
ЛитератураКниги
Статьи
Нормативные документы
Ссылки |