Популярно о базовых принципах вариабельности ритма сердца

Время чтения: 15 минут.

Отправим вам материал на e-mail

17.01.2011 | |

Возможно, с этой темы нужно было начинать весь цикл статей,… но лучше поздно, чем никогда. Многое из того, о чем будет рассказано в данной статье, уже мелькало в материалах сайта, однако ранее некоторые фундаментальные понятия были рассмотрены поверхностно. Попробуем их раскрыть теперь. Данную статью не стоит пытаться осилить за один раз. Разумнее возвращаться к ней многократно. При этом, чтобы лучше разобраться со значением того или иного ВРС-показателя, следует после ознакомления с теорией далее продолжать осмысление на примерах практических обследований.

Сначала немного истории. Около 50 лет назад почти одновременно начали развиваться две независимые методики. Первая, основанная на регистрации пульса (датчик регистрировал частоту пульсации крови в артериях), получила название вариационной пульсометрии, а вторая, предназначенная для анализа последовательностей кардиоинтервалов, — кардиоинтервалографии. Первоначально обе эти методики отличались не только по способу регистрации исходного сигнала, но и по алгоритмам его обработки. Вариационная пульсометрия была построена на анализе вариабельности сердечных сокращений. Результаты анализа вариационной пульсометрии были выражены в индексах Баевского. А кардиоинтервалогрфия сосредоточилась на частотно-спектральном анализе, при этом была найдена связь спектральных компонентов с различными отделами нервной системы. Позже алгоритмы обеих методик были объединены, и общеупотребительным стало название «вариабельность ритма сердца», сокращенно — ВРС. В англоязычном мире принято обозначение Heart rate variability, сокращенно HRV.

Заострим внимание на том, что для метода ВРС принципиально не важно, с каким сигналом работать: с первичным, сердечными сокращениями, или вторичным, пульсацией крови в венах и капиллярах. В обоих случаях будет записана последовательность (сердечных сокращений или пульса), иллюстрирующая то, как от цикла к циклу меняется длительность интервалов. Запись обычно производят в течение трех-пяти минут, так как при меньшей длительности обследования не удается произвести корректный последующий анализ. При этом используемые датчики и программное обеспечение у разных производителей очень сильно различается. Но основные алгоритмы обработки сигнала и конечные показатели у всех одинаковы. Например, если синхронно произвести обследование одного пациента, используя несколько устройств от разных производителей, то при условии, что сигнал был записан качественно, вычисленные параметры будут одинаковы. Речь идет о таких базовых параметрах, как средняя частота пульса, вариационный размах, все индексы Баевского, показатели спектрального анализа и т. д.

Естественно, что кроме этих, ставших каноническими, алгоритмов, которые используют практически все производители оборудования и программного обеспечения, некоторые разработчики дополнительно применяют свои методы анализа. В частности, таким новым интегральным показателем, введенным разработками АПК «ВедаПульс», стал VPK. Этот показатель был создан для интеграции с аюрведическими алгоритмами фито-, арома- и диетотерапии. Но не будем забегать вперед и, завершив краткое знакомство с историей метода, перейдем к подробному разбору биологического значения общепринятых параметров, используемых в вариационной пульсометрии.

Три системы регуляции работы сердца

Сердце не работает, как метроном. Длительность каждого нового кардиоинтервала отличается от предыдущего. Если на прямой линии отметить в виде отрезков величины длительности сердечных сокращений в миллисекундах, а затем эти отрезки повернуть на 90 градусов (по оси абсцисс будут располагаться порядковые номера кардиоинтервалов, а по оси ординат — их длительности), то получим волнообразную картину. Этот график называется кардиоинтервалограммой (пульсограммой) и обладает диагностической ценностью, так как демонстрирует наличие закономерностей в том, как меняется длительность сердечных циклов.

В этой волновой структуре выделяют три типа волн в зависимости от их длительности.
HF (High Frequency) — высокая частота, быстрые волны. Их длительность составляет 2,5-6,6 сек., а частота колебаний — 0,15-0,4 Гц. Обычно на графике выделяются зеленым цветом.
LF (Low Frequency) — низкая частота, средние волны. Их длительность составляет 10-30 сек., а частота колебаний — 0,04-0,15 Гц. На графике обычно обозначаются красным цветом.
VLF (Very Low Frequency) — очень низкая частота, медленные волны. Их длительность превышает 30 сек., а частота колебаний менее 0,04 Гц. На графике обычно выделяют голубым цветом.
До сих пор еще идут споры по поводу определения биологического значения и точных границ этих диапазонов, но в большинстве случаев исследователи сходятся на следующем понимании.
HF диапазон отражает процессы парасимпатической активности.
LF диапазон связан с симпатической активностью.
VLF диапазон отражает гуморально-метаболические влияния.

Симпатический отдел вегетативной нервной системы отвечает за мобилизацию внутренних ресурсов организма, а парасимпатический отдел вегетативной нервной системы отвечает за расслабление, отдых, сохранение и накопление жизненной энергии.
Гуморальная регуляция — один из эволюционно ранних механизмов регуляции процессов жизнедеятельности в организме, осуществляемый через жидкие среды организма (кровь, лимфу, тканевая жидкость) с помощью гормонов, выделяемых клетками, органами, тканями. У высокоразвитых животных и человека гуморальная регуляция подчинена нервной регуляции и составляет совместно с ней единую систему нейрогуморальной регуляции.

Так как тем, кто только начинает разбираться с принципами ВРС, достаточно сложно сходу уловить логику в том, почему разные типы волн соотносятся с активностью различных отделов нервной системы, то рискну предложить пусть сильно упрощенное, почти детское объяснение в виде трех наглядных картинок.

С какими волнами ассоциируется симпатический отдел нервной системы? Естественно, со штормом! Это могучие большие волны. Пожалуйста, вот вам шторм – кардиоинервалограмма пациента с гиперактивностью симпатического отдела нервной системы.

А с каким состоянием моря ассоциируется парасимпатический отдел нервной системы? Конечно же, с легким бризом… Любуемся на маленькие ласковые барашки, покрывшие водную гладь. Извините, …увлекся: ниже не рисунок морской поверхности, а кардиоинтервалограмма пациента, находящегося в состоянии релаксации.

Ну, а с третьим примером совсем просто. Так как нейрогуморальная регуляция действует через введение в кровь гормонов, то требуется некоторое время, чтобы произвести изменения. Поэтому и волны получается длинными. Они могут быть такими же большими и высокими, как средние волны, которые связаны с симпатической регуляцией, но в отличие от них не могут произвести изменения так быстро.

Правда, похожи на большие океанские волны? Это действие нейрогуморальной регуляции.

Чтобы оценить степень влияния на работу сердца этих трех систем регуляции, вычисляется как абсолютное, так и относительное значения HF, LF, VLF-диапазонов.
Для чего осуществляют преобразование колебаний кардиоритма в простые гармонические колебания с помощью метода быстрого преобразования Фурье. Не будем вдаваться в описание данного математического преобразования (кому важно, пусть почитает отдельно: Быстрое преобразование Фурье)
Для рядовых пользователей обычно достаточно понимания, что с помощью этого преобразования строится график, отражающий, насколько часто встречаются волны той или иной длины на исходной кардиограмме. Полученный после преобразования Фурье график называется «Спектрограмма».

По оси абсцисс располагаются частота волн в Герцах, а по оси ординат — мощность в миллисекундах в квадрате. Пики мощности на разных участках графика отражают активность того или иного диапазона. Эти пики обладают диагностической ценностью, но их интерпретация достаточно сложна, поэтому в этой статье ограничимся лишь указанием на то, что активность пиков связана с активностью различных систем регуляции. И сконцентрируемся на уже описанной ранее схеме из трех основных систем регуляции.
Взаимодействие этих трех систем регуляции удобнее изучать не на графике спектра, а на круговых диаграммах спектральной мощности диапазонов. В этих диаграммах отдельные пики уже не видны, так как они суммированы и сгруппированы по трем диапазонам, соответствующим трем системам регуляции.

Обычно используют два типа круговых диаграмм. Первый тип диаграммы показывает соотношение HF/LF — оно свидетельствует о степени расслабления/напряжения.

Во втором типе диаграммы учитываются все три диапазона: HF, LF, VLF.

Оба варианта диаграмм показывают относительное (в процентах) влияние систем регуляции.
Диагностическое значение имеют и абсолютные показатели мощности в Мс2.
При этом важно и суммарное значение мощности. Оно получается сложением величин мощностей трех диапазонов и обозначается как TP — Total Power (общая мощность).
Считается, что общая мощность спектра отражает суммарный запас сил, которые может мобилизовать организм для преодоления стрессовой нагрузки. В любом случае этот показатель следует рассматривать вкупе с оценкой исходных долей спектра. Так как важно учитывать исходную природу этих сил.

Степень вовлеченности организма в стресс

Величина, на которую различаются кардиоинтервалы, называется вариационный размах. Если по оси абсцисс отложить длительности кардиоинтервалов, а по оси ординат — то, сколько раз повторяется кардиоинтервал с этой длительностью (предварительно округлив длительности кардиоинтервалов до 50 Мс), получим график, который называется гистограммой. Основание гистограммы будет отражать вариационный размах, проекция вершины гистограммы на основание — моду (наиболее часто встречающуюся длительность кардиоинтервала), а вершина гистограммы — амплитуду моды. Диагностически значимы все эти показатели, и они учтены в индексе напряжения (ИН), который показывает степень вовлеченности организма в стресс. Прежде чем перейдем к изучению формулы, давайте попробуем понять, с чем ассоциируется состояние стресса. Прежде всего, стресс сковывает. Это проявляется во всем, движения становятся угловатыми, зажатыми. Естественно, что и сердце не может избежать этой участи. А как можно представить «зажатость» в сердце на графике? Конечно же, в виде сужения диапазона вариабельности и увеличения высоты пика.
Снизу два варианта графика.

Гистограмма человека в нормальном здоровом состоянии.

И человека, испытывающего стресс.

Причем нам не важны исходная природа стресса и то, насколько человек ее осознает. Оставим осознание психологам, нам интересно физиологическое проявление стресса, и оно достаточно однозначно. Вернее, не совсем однозначно. Есть два прямопротивоположных типа реагирования на возрастающую стрессовую нагрузку. Первый вариант, когда под воздействием стресса сужается диапазон вариабельности сердечных сокращений и сердце начинает работать, как механический агрегат (мы его уже рассмотрели выше). И второй вариант, когда происходит срыв ритма и увеличивается степень хаоса в системе. Тогда начинается аритмия (это конечно далеко не исчерпывающее объяснение причин аритмии). Сейчас не будем заострять внимание на различных видах аритмии. Это огромная и очень сложная тема. Заострим лишь внимание на том, что при аритмиях вариационный размах усиливается и выходит за границы нормы.

Вот пример гистограммы при аритмии.

Конечно, это очень гротескный вариант. Ситуация, когда вообще очень трудно уловить хоть какую-то систему в сердечных сокращениях. То есть всем управляет хаос.

Вернемся к индексу напряжения.
Итак. Индекс напряжения, иногда его называют стресс-индекс, был введен Баевским и вычисляется по формуле:

Ин = АМо /(2 * Mо* MxDMn)

Мо (мода) – это наиболее часто встречающееся в данном динамическом ряде значение кардиоинтервала.
Амо (амплитуда моды) – это число кардиоинтервалов, соответствующих значению моды, в % к объему выборки.
MxDMn (вариационный размах) отражает степень вариативности значений кардиоинтервалов в исследуемом динамическом ряду. Он вычисляется по разности максимального (Mx) и минимального (Mn) значений интервалов и поэтому при аритмиях или артефактах может быть искажен. При построении гистограмм (или вариационных пульсограмм; это зависит от того, что было изначально зарегистрировано — сердечные сокращения или пульс) первостепенное значение имеет выбор способа группировки данных. В многолетней практике сложился традиционный подход к группировке кардиоинтервалов в диапазоне от 400 до 1300 мс с интервалом в 50 мс. Таким образом, выделяются 20 фиксированных диапазонов длительностей кардиоинтервалов, что позволяет сравнивать вариационные пульсограммы, полученные разными исследователями на разных группах исследований. При этом объем выборки, в которой производится группировка и построение вариационной пульсограммы, также стандартный – 5 минут.

Целью данной статьи было познакомить читателя с базовыми принципами анализа, на котором построен ВРС-метод. Современные компьютерные программы совершают требуемые математические преобразования мгновенно. И по большому счету, от простого пользователя не требуется глубокого знания исходных формул. Но прежде, чем полностью доверить машине производить вычисления, желательно все же уяснить, что откуда берется.
Есть и другая причина, побудившая написать данный материал. Если врачеватель древности, владеющий таинством пульсовой диагностики, непосредственно своими пальцами ощущал пульс пациента, то мы, вооружившись сложными компьютеризированными системами диагностики, рискуем совершенно потерять живое ощущение пульса. Осознание этой растущей пропасти межу естественной пульсацией жизни и бездушными абстрактными графиками побудило искать пусть немного наивные, но зато живые, природные образы, чтобы связать результаты математических преобразований с исходными биологическими свойствами.