Размещено на http://www.allbest.ru/

Динамика основных периодических составляющих вариабельности сердечного ритма модели вегетативной регуляции сердца в диагностике ишемических проявлений коронарной патологии у больных ишемической болезнью сердца и практически здоровых лиц

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди комплекса патогенетических факторов ишемической болезни сердца (ИБС) повышенный интерес вызывают нарушения нейрогуморальной регуляции сердечной функции. Роли вегетативной регуляции в развитии осложнений у больных ИБС придается большое значение, особенно как фактору развития ишемии миокарда [Курдов М.К., Сандриков В.А., Гордон М.К. [и др.], 1998, с. 28-32; Зорин А.В., Ноева Е.А., Хаспекова Н.Б. [и др.], 1999, с. 57-61; Иванов А.П., Эльгардт И.А., Сдобнякова Н.С. [и др.], 2001, с. 49-52; Longenecker J.C., Zubaid M., Johny K.V. [et al.], 2009, p. 85-92]. Известно, что за 3-4 дня перед обострением течения ИБС уже выявляются изменения в структуре сердечного ритма, изменяется фоновая вегетативная активность, оцениваемая с помощью периодических составляющих сердечного ритма [Белялов Ф.И., 2001, с. 57-59]. При наличии систолической дисфункции левого желудочка у больных ИБС устойчиво наблюдается снижение вариабельности сердечного ритма (ВСР) [Bigger J.T.Jr, Fleiss J.L., Rolnitzky L.M. [et al.], 1991, р. 1643-1649]. Существуют обширные данные, посвященные прогностической роли ВСР в предсказании тяжести течения и исхода инфаркта миокарда [Явелов И.С., Грацианский Н.А., Зуйков Ю.А., 1997, с. 61-69; Bigger J.T., Kleiger R.E., Fleiss J.L. [et al.], 1988, р. 208-215; Rich M.W., Saini J.S., Keiger R.E. [et al.], 1988, p. 714-717; Rotschild M., Rotschild A., Pfiefer M., 1988, p. 637-639; Malik M., 1998, p. 36-41; Pipilis A., Flather M., Ormerod O. [et al.], 1991, p. 1137-1139; Casolo G., Stroder P., Signorini C. [et al.], 1992, р. 2073-2079; Fei L., Camm A.J., Malik M., 1995, p. 444-448; Stein Ph.K., Barzilay J.I., Chaves P.H.M. [et al.], 2009, p. 212-218; Erdogan A., Coch M., Bilgin M. [et al.], 2008, p. 161-168]. Оценки ВСР являются надежным предиктором летальности у больных ИБС [Akselrod S., Gordon D., Ubel F.A. [et al.], 1981, p. 220-222; Pipilis A., Flather M., Ormerod O. [et al.], 1991, p. 1137-1139; Hallstrem A., Pratt C.M., Greene H.L. [et al.], 1995, p. 1250-1257], превосходя в этом даже фракцию выброса левого желудочка [Cripps T.R., Malik M., Farrell T.G. [et al.], 1991, p. 14-19; Odemuyiwa O., Malik M., Farrell T. [et al.], 1991, p. 434-439; Pedretti R., Etro M.D., Laporta A. [et al.], 1993, p. 1131-1141]. Тем не менее, в настоящее время значение ВСР для оценки текущего клинического статуса больного ИБС остается не выясненным.

Существует представление о том, что ВСР является выходным сигналом системы вегетативного управления сердцем [Рябыкина Г.В., Соболев А.В., 1998, 196 с.; De Boer R.W., Karemuker J.M., Stracker J., 1985, p. 352-364; Elghozi J.L., 2008, p. 158-168]. Полагают, что система вегетативного управления сердцем создает собственные колебания в ВСР частотой около 0,1 Гц, обусловленные свойствами управления [Pagani M., Malliani A., 2000, p. 1709-1719; Sleight P., La Rovere M.T., Mortara A. [et al.], 1995, p. 103-109], а не модулируемыми внешним гармоническим сигналом [Ringwood J.V., Malpas S.C., 2001, p. 1105-1112]. 0,1-Гц колебательный процесс отражает основные свойства системы вегетативного управления сердцем и изменчивости деятельности сердца [Whittam A.M., Claytont R.H., Lord S.W. [et al.], 2000, p. 305-318]. Большой вклад в изучение нелинейных свойств системы вегетативного управления сердцем внесли работы коллектива исследователей под руководством R.W. De Boer, создавшие модель управления сердечной функцией на основе барорефлекса [De Boer R.W., Karemuker J.M., Stracker J., 1985, p. 352-364; Ibid, 1986, p. 685-687; Те же, 1987, р. 680-687; Madwed J.B., Albrecht P., Mark R.G. [et al.], 1989, p. 1573-1579], которая впоследствии была дополнена исследованиями других авторов [Sleight P., La Rovere M.T., Mortara A. [et al.], 1995, p. 103-109; Bernardi L., Passino C., Spadacini G. [et al.], 1997, p. 241-252; Whittam A.M., Claytont R.H., Lord S.W. [et al.], 2000, p. 305-318]. Указанная модель вегетативной регуляции является основой для создания методик изучения вегетативной дисфункции у больных ИБС в данной работе.

Известно, что эффекты вегетативной регуляции сердца лучше проявляются в процессе адаптации системы кровообращения к изменяющимся условиям функционирования организма, например при различных функциональных, нагрузочных тестах [Баевский Р.М., Кириллов С.З., 1984, 219 с.]. При этом спектральный анализ ВСР по информативности представляется наиболее удобным для изучения ее частотных составляющих [Heart rate variability. Standarts of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Task Force of The European Society of Cardiology and The North American Society of Pacing and Electrophysiology, 1996, p. 354-381; Mainardi L.T., 2009, p. 255-275; A. Voss, S. Schulz, R. Schroeder [et al.], 2009, p. 277-296]. Внедрение новых методик изучения параметров ВСР на основе различных функциональных тестов будет способствовать расширению возможностей методов функциональной диагностики.

Развитие современных представлений о функционировании сложных биологических систем создает основу для создания принципиально новых направлений в развитии кардиологии. Наличие в сердечно-сосудистой системе различных периодических процессов (сердечный ритм, респираторная синусная аритмия, пульсации периферического кровообращения) и процессы их вегетативной регуляции [Cohen M.A., Taylor J.A., 2002, p. 669-683; Malpas S., 2002, p. 6-20] позволяет исследовать взаимодействия периодических процессов на основе изучения синхронизации ритмов в системе кровообращения [Glass L., 2001, p. 277-284; Ibid, 2008, p. 126-128]. Анализ синхронизации различных ритмов в сердечно-сосудистой системе остается нерешенным вопросом и является перспективным направлением для создания новых диагностических методов в кардиологии.

Все это определило актуальность проведенного исследования с научной и практической точек зрения.

Целью исследования является оценка динамики основных периодических составляющих вариабельности сердечного ритма в модели вегетативной регуляции сердца для диагностики ишемических проявлений коронарной патологии у больных ишемической болезнью сердца и практически здоровых лиц.

Задачи исследования

1. Изучить влияние ишемического поражения сердца на функциональное состояние механизмов вегетативной регуляции сердца на основе сравнительного анализа показателей спектра вариабельности сердечного ритма в ходе различных функциональных проб у практически здоровых лиц и у больных ишемической болезнью сердца.

2. Определить особенности вегетативной регуляции сердца у больных ишемической болезнью сердца с различной степенью тяжести атеросклеротического поражения коронарного русла на основе анализа динамики мощности компонент спектра вариабельности сердечного ритма в ходе различных функциональных проб.

3. Установить особенности вегетативной регуляции сердца у больных ишемической болезнью сердца с различным состоянием систолической функции левого желудочка на основе анализа динамики мощности компонент спектра вариабельности сердечного ритма в ходе различных функциональных проб.

4. Разработать критерии оценки состояния вегетативной регуляции сердца на основе модели вегетативной регуляции сердца R.W. De Boer et al. у больных ишемической болезнью сердца с различной степенью коронарного поражения и состоянием систолической функции левого желудочка для применения в клинической практике.

5. Создать инновационную методику изучения вегетативной регуляции системы кровообращения у больных сердечно-сосудистыми заболеваниями и оценить перспективность ее дальнейшего развития для фундаментальной и клинической кардиологии.

6. Оценить возможность применения многомерных математических методов анализа для выявления пациентов с недостаточными адаптационными возможностями вегетативной регуляции сердца среди больных ишемической болезнью сердца с различным состоянием систолической функции левого желудочка на основе модели вегетативной регуляции сердца R.W. De Boer et al.

7. Разработать многомерную математическую модель для выявления больных ишемической болезнью сердца, имеющих гемодинамически значимые стенозы коронарных артерий, на основе модели вегетативной регуляции сердца R.W. De Boer et al.

Научная новизна

Изучено влияние ишемического поражения сердца на функциональное состояние механизмов вегетативной регуляции сердца на основе сравнительного анализа показателей спектра вариабельности сердечного ритма в ходе различных функциональных проб у практически здоровых лиц и больных ишемической болезнью сердца.

Проанализированы особенности вегетативной дисфункции у больных ишемической болезнью сердца с различной степенью тяжести атеросклеротического поражения коронарного русла. Произведена оценка динамики параметров функционирования вегетативной регуляции сердца в ходе различных функциональных проб у данных категорий пациентов.

Изучены особенности нарушений механизмов вегетативной регуляции у больных ишемической болезнью сердца с различной степенью систолической дисфункции левого желудочка на основе оценки динамики параметров функционирования вегетативной регуляции сердца в ходе различных функциональных проб у данных категорий пациентов.

Разработаны динамические критерии оценки состояния центрального звена вегетативной регуляции сердца на основе модели вегетативной регуляции сердца, созданной R.W. De Boer et al., у больных ишемической болезнью сердца с различной степенью коронарного поражения и состоянием систолической функции левого желудочка.

Создана инновационная методика изучения вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы на основе современных представлений о функционировании сложных биологических систем и определены перспективы ее дальнейшего развития и внедрения в фундаментальную и клиническую кардиологию.

Определена область применения многомерных математических методов анализа для выявления пациентов с недостаточными адаптационными возможностями вегетативной регуляции сердца среди больных ишемической болезнью сердца с различным состоянием систолической функции левого желудочка на основе модели вегетативной регуляции сердца, созданной R.W. De Boer et al.

Разработана многомерная модель для скринингового выявления больных ишемической болезнью сердца, имеющих гемодинамически значимые стенозы коронарных артерий, на основе модели вегетативной регуляции сердца R.W. De Boer et al.

Практическая значимость работы

Созданы критерии неинвазивной оценки степени нарушения вегетативной регуляции сердца у больных ишемической болезнью сердца с различной степенью коронарного поражения и состоянием систолической функции левого желудочка в ходе различных функциональных проб: проба с управляемым по частоте дыханием, велоэргометрическая проба. Данные критерии основаны на современных представлениях о принципах функционирования вегетативной регуляции сердца с позиции модели, предложенной R.W. De Boer et al. Разработанные критерии оценки степени вегетативной дисфункции создают основу для выявления больных ишемической болезнью сердца с высоким риском сердечно-сосудистых осложнений в клинической практике.

Разработана математическая модель для скрининговой неинвазивной оценки вегетативной дисфункции у больных ишемической болезнью сердца с различным состоянием систолической функции левого желудочка в ходе велоэргометрических проб и выявления пациентов с недостаточными адаптационными возможностями вегетативной регуляции сердца. Данная математическая модель предназначена для применения в клинической и амбулаторной практике для выявления больных ишемической болезнью сердца с высоким риском сердечно-сосудистых осложнений, обусловленным выраженной вегетативной дисфункцией.

Разработана математическая модель для неинвазивной скрининговой диагностики гемодинамически значимых стенозов коронарных артерий у больных ишемической болезнью сердца на основе динамических оценок вегетативной регуляции сердца в ходе велоэргометрических проб. Данная математическая модель предназначена для применения в клинической и амбулаторной практике при первичном обследовании пациентов с предполагаемым наличием стенотического поражения коронарного русла.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Ишемическое поражение сердца обусловливает дисфункцию механизмов вегетативной регуляции сердца, проявляющуюся снижением их адаптационных возможностей и нарушением кардио-респираторного взаимодействия относительно здоровых лиц.

2. Выраженность вегетативной дисфункции сердца у больных ишемической болезнью сердца ассоциирована с тяжестью атеросклеротического поражения коронарного русла, в частности, наличием и количеством гемодинамически значимых стенозов коронарных артерий. Наиболее низкие адаптационные возможности вегетативной регуляции сердца характерны для больных ишемической болезнью сердца с трехсосудистым стенотическим поражением коронарного русла.

3. Наличие систолической дисфункции левого желудочка сердца у больных ишемической болезнью сердца ассоциировано с увеличением вегетативной дисфункции сердца, выявляемой при анализе динамики мощности компонент спектра вариабельности сердечного ритма в ходе различных функциональных проб.

4. Чувствительность к дыхательным возмущениям и устойчивость к нагрузкам низкой интенсивности 0,1Гц-периодики в вариабельности сердечного ритма являются критериями для оценки состояния вегетативной регуляции сердца у больных ишемической болезнью сердца с различной степенью коронарного поражения и состоянием систолической функции левого желудочка в клинической практике. Указанные критерии являются более чувствительными для выявления вегетативной дисфункции у больных ишемической болезнью сердца относительно общепринятых показателей вариабельности сердечного ритма.

5. Изучение синхронизации основных ритмов в сердечно-сосудистой системе и межсистемных, в частности, кардио-респираторных, взаимодействий является основой инновационного подхода в исследовании вегетативной регуляции системы кровообращения у практически здоровых лиц и больных сердечно-сосудистыми заболеваниями.

6. На основе разработанных критериев оценки вегетативной регуляции сердца у больных ишемической болезнью сердца создана многомерная математическая модель для выявления пациентов с недостаточными адаптационными возможностями вегетативной регуляции сердца среди больных ишемической болезнью сердца с различным состоянием систолической функции левого желудочка.

7. На основе разработанных критериев оценки состояния вегетативной регуляции сердца у больных ишемической болезнью сердца создана многомерная математическая модель для скринингового неинвазивного выявления больных ишемической болезнью сердца, имеющих гемодинамически значимые стенозы коронарных артерий при первичном обследовании пациентов в клинической и амбулаторной практике.

Внедрение результатов исследования

Материалы диссертации используются в практической работе клиники Федерального государственного учреждения Саратовский научно-исследовательский институт кардиологии Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи, терапевтических отделений ММУ «2-я городская клиническая больница» г. Саратова. Результаты данной научно-исследовательской работы внедрены в учебно-методический процесс кафедры нормальной физиологии ГОУ ВПО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Росздрава» и Федерального государственного учреждения Саратовский научно-исследовательский институт кардиологии Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи.

Апробация работы проведена 30 октября 2009 года на расширенном заседании Ученого Совета Федерального государственного учреждения Саратовский научно-исследовательский институт кардиологии Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи совместно с кафедрами факультетской терапии, нормальной физиологии им. И.А. Чуевского, терапии ФПК и ППС ГОУ ВПО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Росздрава».

Основные положения диссертации были доложены на российских национальных конгрессах кардиологов (Москва, 2002-2007); Конгрессе ассоциации кардиологов стран СНГ (С.-Петербург, 2003); X научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы кардиологии» (Тюмень, 2003); 3-й Всероссийской с международным участием школы-конференции по физиологии кровообращения (Москва, 2004), конгрессе «Кардиостим» (С.-Петербург, 2004); Третьей Всероссийской научно-практической конференции «Предупреждение сердечно-сосудистых катастроф» (Челябинск, 2004); Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития кардиологии и внедрение новых методов диагностики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний» (Москва, 2004); XIY научно-практической конференции врачей «Актуальные вопросы современной медицины» (Новосибирск, 2004); I Общероссийском съезде и V ежегодной конференции Общества специалистов по сердечной недостаточности (Москва, 2004); 33-м Международном конгрессе по электрокардиологии (Cologne, Germany, 2006); V Всероссийском симпозиуме с международным участием и III школе-семинаре "Медленные колебательные процессы в организме человека. Теоретические и прикладные аспекты нелинейной динамики в физиологии и медицине" (Новокузнецк, 2007); VIII Международной школе «Хаотические автоколебания и образование структур (Хаос-2007)» (Саратов, 2007); ежегодной Всероссийской научной школе-семинаре "Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине - 2007" (Саратов, 2007); Втором съезде кардиологов Приволжского федерального округа (Саратов, 2008).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 47 печатных работ, в том числе 12 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ.

Объем и структура работы

Текст диссертации изложен на 269 страницах машинописного текста и состоит из введения, 8 глав собственных исследований, заключения, выводов и практических рекомендаций. Работа иллюстрирована 58 таблицами и 57 рисунками.

Список литературы содержит 349 источников, в том числе 127 отечественных и 222 иностранных.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследование были включены следующие группы: 349 пациентов мужского пола со стабильной формой ИБС, в возрасте 49±8 лет; 60 пациентов с инфарктом миокарда (третья неделя течения заболевания) (52 мужчины и 28 женщин), в возрасте 54±9 лет; 124 практически здоровых добровольца (74 мужчины и 50 женщин) без признаков сердечной патологии, в возрасте 20 ±1 год.

Критерий включения в группу больных со стабильной формой ИБС: подтвержденный диагноз ИБС, мужской пол. Критерии исключения для данной группы: возраст >70 лет, клапанные пороки сердца, нарушения ритма сердца и проводимости, препятствующие анализу ВСР, противопоказания для проведения велоэргометрической пробы, эндокринная патология (кроме компенсированного сахарного диабета), симптоматические артериальные гипертензии, нарушения периферического кровообращения (облитерирующий эндартериит), хронические заболевания желудочно-кишечного тракта, почек, других органов и систем в стадии обострения.

Критерий включения в группу больных инфарктом миокарда - подтвержденный диагноз острого инфаркта миокарда. Критерии исключения аналогичны таковым для группы больных со стабильной формой ИБС.

Критерий включения в группу практически здоровых лиц: доказанное отсутствие сердечно-сосудистой патологии и прочих острых и хронических заболеваний, способных исказить результаты исследования.

Для решения отдельных задач исследования из общей группы больных со стабильной ИБС были выделены несколько дополнительных подгрупп по следующим категориям:

1. Наличие гемодинамически значимых атеросклеротических стенозов коронарных артерий, - подгруппы с наличием хотя бы одного стеноза коронарной артерии более 50% (92 чел.) и без такового (55 чел.).

2. Количество коронарных артерий, имеющих атеросклеротический стеноз более 50%, - подгруппы с наличием стеноза в одной (49 чел.), двух (29 чел.) и трех (10 чел.) коронарных артериях.

3. Величина суммарного поражения коронарного русла (СПКР) - подгруппы с СПКР<5% (32 чел.), СПКР = 5-30% (43 чел.) и СПКР>30% (21 чел.).

4. Наличие систолической функции левого желудочка - подгруппы с фракцией выброса >55% (78 чел.) и <55% (28 чел.).

Клинико-анамнестическая характеристика подгрупп соответствовала тяжести коронарного атеросклероза и состоянию систолической функции левого желудочка сердца.

Проводились следующие инструментальные исследования:

1. 12-канальная электрокардиография (цифровой электрокардиограф “VSD-804” фирмы “Волжские передовые технологии”, Россия).

2. Допплер-эхокардиография (Sonoline Si-450, Siemens),

3. Велоэргометрическая проба (ES 1200, Hellige, Germany) - в группах больных стабильной ИБС и практически здоровых лиц,

4. Селективная коронарография (Polydiagenost-C, Philips, Netherlands) - в группах больных стабильной ИБС и практически здоровых лиц,

5. Регистрация кардиоинтервалограмм, ЭКГ, фотоплетизмограмм и механической записи дыхания (многоканальный электро-энцефалограф анализатор ЭЭГА-21/26 «Энцефалан-131-03», модель 10 с комплектом стандартных датчиков, НПКФ «Медиком-МТД», Россия) в покое (во всех исследуемых группах) и при различных функциональных пробах (в группах больных стабильной ИБС и практически здоровых лиц): проба с управляемым по частоте дыханием, проба с меняющимся по частоте дыханием, проба с сенсорной стимуляцией за счет периодического открытия глаз, велоэргометрическая проба с нагрузкой 25 и 50 Вт.

Регистрация сигналов кардиоинтервалограмм, фотоплетизмограмм и дыхания производилась с частотой дискретизации 250 Гц и разрешением 16 бит. Сигнал, характеризующий колебания кровенаполнения периферических сосудов, регистрировался с помощью плетизмографического инфракрасного датчика отраженного света, наложенного на дистальную фалангу пальца пациента.

Проба с управляемым по частоте дыханием. Внешние возмущения для сердечно-сосудистой системы создавались управляемым по частоте дыханием при горизонтальном положении тела; период дыхания задавался от 4 до 12 секунд (4, 6, 8, 10 и 12 секунд) по звуковой команде электронного метронома. Длительность каждого этапа управляемого дыхания составляла 3 минуты. Контролировали уровень АД по методу Короткова на этапах пробы. Управление частотой дыхания давало возможность контролировать значительную часть информации на входе в систему вегетативной регуляции сердца. Если предположить, что все ритмические процессы внутри системы вегетативной регуляции сердца осуществляются на определенных частотах, а сложный выходной сигнал системы (ВСР) является своего рода суммацией всех внутренних процессов, то при совпадении частот колебаний каких-либо двух процессов внутри системы управления следует ожидать эффекта резонансного усиления мощности в спектре на данной частоте.

Проба с меняющимся по частоте дыханием. Проводилась в положении сидя с линейно меняющейся частотой дыхания от 0,05 до 0,3 Гц при общей длительности исследования 30 минут. Выполнялась в группе практически здоровых лиц.

Проба с сенсорной стимуляцией. Внешние возмущения для сердечно-сосудистой системы создавались сенсорной стимуляцией за счет периодического открытия глаз; период сенсорной стимуляции задавался от 4 до 12 секунд (4, 6, 8, 10 и 12 секунд) по звуковой команде электронного метронома. Исследование происходило в затемненном помещении в условиях практически полного отсутствия прочих световых и звуковых раздражителей. Длительность каждого этапа сенсорных воздействий составляла 3 минуты. Контролировался уровень АД по методу Короткова на этапах пробы. Указанная методика позволяет изучать взаимодействие сердечно-сосудистой и зрительной систем. Принцип воздействия на вегетативную регуляцию сердца в ходе данной пробы аналогичен таковому при пробе с управляемым дыханием.

Велоэргометрическая проба с нагрузкой 25 и 50 Вт. Изменение активности сердца модулировали в ходе велоэргометрической пробы с нагрузкой 25 и 50 Вт в течение 6 минут на каждой ступени, при этом первые 3 минуты этапа нагрузки выполнялись при спонтанном дыхании, а последние 3 минуты - в условиях управляемого дыхания периодичностью 10 секунд. Выбор уровня нагрузки в 25 и 50 Вт обусловлен показанной низкой информативностью спектрального анализа ВСР при физических нагрузках высокой интенсивности [Гриднев В.И., Довгалевский П.Я., Котельникова Е.В., 1998, с. 42-45].

Основным аргументом в пользу изучения коротких записей кардиоинтервалограмм является то, что за сравнительно небольшой промежуток времени можно считать, что внешние условия работы сердца относительно стабильны. Соотношение фаз вдоха и выдоха, а также глубина дыхания во время проведения всех функциональных проб с управляемым дыханием не отличались от таковых показателей при спонтанном дыхании.

Для получения частотных оценок ВСР использовался параметрический метод построения спектра временного ряда R-R интервалов на основе авторегрессионной модели. Программа анализа спектра, разработанная в Саратовском НИИ кардиологии (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 980656 от 12 ноября 1998 года), обеспечивала шаг вычисления спектральной плотности мощности по частоте порядка 0,01Гц в диапазоне от 0,01Гц до 0,5Гц; период квантования массива R-R интервалов - 0,5 секунд. Для дальнейшего анализа выделялись два диапазона - высокочастотный (HF: 0,15-0,4 Гц) и низкочастотный (LF: 0,04-0,15 Гц), в которых вычислялась частотная мощность спектра ВСР (в мс²). Для спектрального анализа отбирались ритмограммы, не содержащие помех, экстрасистол, заметного линейного тренда и переходных процессов.

Для оценки амплитуды респираторной синусной аритмии использовался метод [C. Schдfer, M.G. Rosenblum, H.-H. Abel [et al.], 1999, p. 857-870], где предварительно исключался с помощью фильтрации вклад в ВСР низкочастотных составляющих с частотой менее 0,15 Гц. Наличие синхронизации между двумя сигналами определялось на основе вычисления обобщенной разности фаз , где и - фазы первого и второго сигналов, n и m - целые числа [Tass P., Rosemblum M.G., Weule J. [et al.], 1998, p. 3291-3294]. При выполнении условия, где С - некоторая константа, имеет место фазовая синхронизация порядка n:m. В системах с шумом на существование фазовой синхронизации в статистическом смысле указывает наличие выраженного максимума в распределении циклической относительной фазы. Другой часто используемый способ определения синхронизации между сигналами основан на анализе отношения их мгновенных частот f₁ / f₂. В области частотной синхронизации соотношение частот f₁ / f₂ зашумленных сигналов остается приблизительно постоянным. График отношения мгновенных частот дополняет исследование относительных фаз, так как его построение не требует задания подходящих значений n и m.

Выделение 0,1 Гц-колебаний в ВСР и кровенаполнении периферических сосудистых территорий производилось полосовой фильтрацией исходных сигналов (кардиоинтервалограммы и фотоплетизмограмма) в диапазоне 0,06-0,14 Гц. Синхронизацию между 0,1 Гц-ритмами выявляли, анализируя разность их мгновенных фаз, т.е. предметом исследования являлась фазовая синхронизация [Pikovsky A., Rosenblum M., Kurths J., 2001, 411 p.]. Вычисление мгновенных фаз производилось преобразованием Гильберта. Временные участки синхронизации 0,1 Гц-ритмов, выделенных из кардиоинтервалограмм и фотоплетизмограмм, выявлялись по зависимости как области, на которых относительная фаза колеблется около некоторого постоянного значения. Суммарная продолжительность всех найденных участков синхронизации выражалась в процентах от общей длительности записи (10 минут). Рассчитанный таким способом показатель был назван суммарным процентом фазовой синхронизации (S).

Статистическая обработка данных осуществлялась при помощи следующих программных пакетов - «Excel MS Office-97 Professional» и «Statistica 6.1». Соответствие структуры данных закону нормального распределения оценивалось на основе вычисления критерия Шапиро-Уилка. Выявлено, что параметры спектра ВСР не описываются законом нормального распределения, поэтому дальнейшие исследования зависимостей производились методами непараметрической статистики. Данное заключение также основывалось на рекомендации, о том, что необходимо пользоваться непараметрическими критериями при анализе показателей ВСР, за исключением только продолжительности сердечного цикла и ЧСС [Яблучанский Н.И., Л.А. Мартимьянова, Н.В. Макиенко, 2001, c. 170-173]. Сравнения переменных выполнялись при помощи критерия парных сравнений Вилкоксона. Сравнение групп осуществлялось с использованием U-критерия Манна-Уитни. Данные представлены в виде медианы (Ме) и значений квартильного диапазона (25%, 75%) для выборок. Надежность используемых статистических оценок принималась не менее 95%. Для изучения многомерных различий между изучаемыми группами и создания моделей классификации наблюдений по группам применялся метод дискриминантного анализа.

Результаты и их обсуждение

Подгруппы больных ИБС с различным состоянием систолической функции левого желудочка статистически достоверно различались по эхокардиографическим показателям, при этом были сопоставимы по результатам велоэргометрических проб, тяжести атеросклеротического поражения коронарного русла, временным показателям ВСР.

1. ВСР у здоровых лиц и у больных ИБС с различной степенью атеросклеротического поражения коронарного русла

Рис. 1. Частотная мощность компонент спектра ВСР при спонтанном дыхании (а) и на частотах периодического дыхания (b) в группе здоровых испытуемых.

Примечание: Данные представлены в виде Ме (25%; 75%). По оси абсцисс: частотные компоненты спектра ВСР (Гц). По оси ординат: значения мощности данных компонент (мс²/Гц).

Анализ результатов пробы с управляемым по частоте дыханием в группе здоровых лиц в горизонтальном положении тела показал существенное повышение плотности мощности компоненты спектра ВСР на частотах периодического дыхания (периодом 4, 6, 8, 10 и 12 сек). Более выраженная реакция в спектре ВСР на частоте дыхания наблюдалась, когда частота периодического дыхания находилась в LF-диапазоне (p<0,001), максимальные значения спектральной мощности находились в области 0,1 Гц при дыхании с периодом 10 секунд (p<0,01) (рис. 1).

Полученные данные показывают неоднородную чувствительность компонент спектра ВСР к периодическим дыхательным возмущениям на различных частотах, при этом изменения в спектре в ответ на дыхательное возмущение с частотой 0,1 Гц, подтверждает модель R.W. De Boer et al. В течение функциональной пробы отмечалась относительная постоянность среднего уровня ЧСС и уровня АД. Половых различий по показателям ВСР не выявлено, что согласуется с данными других авторов [Захарова Н.Ю., Михайлов В.П., 2004, с. 23-26; Sega S., Jager F., Kiauta T., 1993, р. 175-182].

Рис. 2. Частотная мощность компонент спектра ВСР при спонтанном дыхании (а) и на частотах периодического дыхания (b) в группе больных ИБС.

Примечание: Данные представлены в виде Ме (25%; 75%). По оси абсцисс: частотные компоненты спектра ВСР (Гц). По оси ординат: значения мощности данных компонент (мс²/Гц).

При анализе мощности спектральных откликов на частотах управляемого дыхания в группе больных ИБС выявлено, что управляемое дыхание периодичностью от 8 до 12 сек. вызывало достоверно (p<0,05) больший отклик в спектре ВСР на частоте дыхания, нежели дыхание с периодичностью 4 и 6 сек. Наибольшие абсолютные значения спектрального отклика на частоте дыхания наблюдались при дыхании периодичностью 10 сек. (рис. 2). При этом мощность отклика в спектре ВСР на частотах управляемого дыхания в группе больных ИБС была достоверно (p<0,05) меньше таковых у здоровых лиц. Снижение мощности спектрального отклика в ответ на управляемое дыхание относительно здоровых испытуемых свидетельствует о дисфункции вегетативной регуляции сердца у больных ИБС, в частности, 0,1Гц-механизма регуляции. При этом не выявлено достоверных отличий по мощности спектрального отклика на частотах периодического дыхания среди больных ИБС с различной степенью тяжести атеросклеротического поражения коронарного русла (наличия и количества гемодинамически значимых стенозов, величины СПКР).

Изучение динамики мощности 0,1Гц-генерации ВСР у больных ИБС представляет клинический интерес для выявления дисфункции центрального отдела вегетативной регуляции сердца. Однако при спонтанном дыхании 0,1Гц-компонента спектра ВСР часто не определяется или же ее мощность незначительна; аналогичная ситуация наблюдается и при периодическом дыхании в HF-частотном диапазоне, поэтому можно говорить о необходимости прямого внешнего дыхательного возмущения на систему вегетативного управления сердцем на частоте 0,1 Гц (период 10 сек.) с целью оценки состояния 0,1Гц-колебаний в ВСР.

Проведение функциональной пробы с периодическими сенсорными воздействиями в виде зрительной стимуляции (открывание глаз) у здоровых лиц было призвано дополнительно подтвердить резонансный характер отклика в спектре ВСР на частоте внешнего воздействия 0,1 Гц.

Анализ результатов данной функциональной пробы в группе испытуемых без признаков сердечной патологии в горизонтальном положении тела показал достоверное (p < 0,001) повышение мощности компоненты спектра ВСР исключительно на частоте периодического открывания глаз 0,1 Гц, относительно таковых при спонтанной частоте моргания (рис. 3). В течение функциональной пробы отмечали относительную постоянность среднего уровня ЧСС, АД, а также мощности диапазонов спектра ВСР, что обусловлено более слабыми функциональными взаимоотношениями сердечно-сосудистой и сенсорных систем относительно кардиореспираторного взаимодействия.

Полученные данные дополнительно свидетельствуют о наличии в вегетативной регуляции сердца 0,1 Гц-периодики, обусловливающей резонансный отклик в спектре ВСР при внешнем сенсорном воздействии на данной частоте.

В группе больных ИБС достоверных откликов в спектре ВСР на частотах внешних сенсорных (зрительных) воздействий выявлено не было.

Рис. 3. Частотная мощность компонент спектра ВСР при спонтанной частоте моргания (а) и на частотах периодического открывания глаз (b) в группе здоровых испытуемых.

Примечание: Данные представлены в виде Ме (25%; 75%). По оси абсцисс: частотные компоненты спектра ВСР (Гц). По оси ординат: значения мощности данных компонент (мс²/Гц).

В ходе велоэргометрической пробы у здоровых лиц при нагрузке в 25 Вт в условиях спонтанного дыхания наблюдалось уменьшение плотности мощности LF-компоненты в 4 раза по сравнению с состоянием покоя. При дальнейшем увеличении нагрузки до 50 Вт мощность LF-компоненты уменьшалась еще в 2,5 раза по сравнению с нагрузкой в 25 Вт (рис. 4). В условиях управляемого дыхания периодичностью 10 сек. при нагрузке 25 Вт наблюдалось увеличение мощности LF-компоненты в 4 раза по сравнению с состоянием покоя. При дальнейшем увеличении нагрузки до 50 Вт мощность LF-компоненты уменьшалась еще в 2,5 раза по сравнению с нагрузкой в 25 Вт (рис. 4). Следует отметить, что по мере увеличения нагрузки отмечалось достоверное повышение уровня ЧСС и АД.

Отметим, что динамика мощности 0,1Гц-компоненты спектра ВСР в группе здоровых лиц на этапах нагрузки осуществлялась при значительных абсолютных величинах ее мощности, свидетельствуя об относительной устойчивости 0,1Гц-периодики к внешним воздействиям у здорового человека. При этом собственная активность 0,1Гц-генерации вегетативной регуляции сердца, изучаемая при дыхании периодичностью 10 сек., значительно увеличивалась при переходе из исходного состояния покоя на минимальный уровень нагрузки 25 Вт; дальнейшее повышение мощности нагрузки до 50 Вт сопровождалось некоторым снижением активности 0,1Гц-генерации. Важно отметить, что вклад данного колебательного процесса в общую изменчивость ритма сердца в условиях спонтанного дыхания постепенно снижался по мере увеличения мощности нагрузки.

Рис. 4. Динамика мощности 0,1Гц-компоненты спектра ВСР в группе здоровых испытуемых (группа А) в ходе ВЭМ-проб.

При анализе динамики 0,1Гц-компоненты спектра ВСР в группе больных ИБС выявлено достоверное (p<0,01) снижение ее мощности на этапах нагрузочной пробы, относительно исходного состояния (рис. 5). Отметим, что при этом сохраняется повышение спектральной мощности в области 0,1Гц в ответ на дыхание периодом 10 сек., однако данная реакция достоверно (p<0,01) ниже таковой у здоровых лиц.

Рис. 5. Динамика 0,1Гц-компоненты спектра ВСР в общей группе больных ИБС на этапах велоэргометрической пробы в условиях спонтанного и управляемого дыхания периодом 10 секунд

Полученные данные свидетельствуют о снижении доли участия 0,1Гц-механизмов вегетативной регуляции сердца в формировании ВСР у больных ИБС и низкой динамической устойчивостью их к низким уровням нагрузки (25 и 50 Вт). Из этого следует, что адаптационные возможности вегетативной регуляции сердца при ИБС снижены. Динамика мощности HF-диапазона спектра ВСР в ходе велоэргометрической пробы соответствовала LF-диапазону, но достоверно не изменялась при разных режимах дыхания.

Изучение динамики мощности 0,1Гц-компоненты спектра ВСР в подгруппах больных ИБС с наличием гемодинамически значимых стенозов коронарных артерий (более 50%) и без них на этапах нагрузочной пробы при спонтанном дыхании не выявило достоверных различий в динамическом профиле мощности изучаемой компоненты, тогда как при дыхании периодичностью 10 сек. в ходе нагрузочной пробы профиль динамики мощности 0,1Гц-компоненты спектра ВСР характеризуется тенденцией (но при p>0,05) к более низким абсолютным значениям мощности 0,1Гц-компоненты спектра ВСР у больных ИБС с наличием гемодинамически значимых стенозов коронарных артерий. Кроме того, увеличение мощности LF-диапазона спектра ВСР (характеризующего 0,1Гц-периодику) при дыхании периодичностью 10 сек., относительно спонтанного дыхания, достоверно (p<0,05) выше в группе больных ИБС с коронарным стенозом менее 50% в состоянии покоя и при нагрузке 25 Вт (табл. 1). При нагрузке 50 Вт прирост мощности LF-диапазона достоверных различий не имел и был достоверно (p<0,05) ниже такового в покое и при нагрузке 25 Вт (табл. 1).

Таблица 1 Сравнительная оценка мощности LF-диапазона спектра ВСР при спонтанном и управляемом дыхании периодом 10 сек. у больных ИБС с наличием гемодинамически значимых стенозов коронарных артерий и без них на этапах велоэргометрической пробы

Примечание: * - достоверное (p<0,05) отличие прироста мощности LF-диапазона спектра ВСР при переходе от спонтанного дыхания к управляемому от соответствующего показателя в группе больных ИБС с коронарным стенозом менее 50%.

Достоверных различий как по абсолютным значениям мощности HF-диапазона спектра ВСР, так и по их динамике, в ходе нагрузочной пробы в подгруппах больных ИБС с наличием гемодинамически значимых стенозов коронарных артерий и без них не выявлено.

Для изучения зависимости спектральных показателей ВСР от степени стеноза коронарных артерий из группы больных ИБС с наличием коронарного стеноза более 50% (n = 92) была выделена подгруппа с коронарным стенозом более 75% (n = 83). Однако значимых особенностей по изучаемым показателям ВСР в выделенной подгруппе пациентов выявлено не было.

Рис.6. Динамика мощности 0,1Гц-компоненты спектра ВСР в подгруппах больных ИБС с одно-, двух-, трехсосудистым поражением коронарных артерий в ходе велоэргометрической пробы при спонтанном дыхании.

Рис. 7. Динамика мощности 0,1Гц-компоненты спектра ВСР в подгруппах больных ИБС с одно-, двух-, трехсосудистым поражением коронарных артерий в ходе велоэргометрической пробы при дыхании периодом 10 сек.

Анализируя полученные результаты, возникает вопрос: зависит ли степень вегетативной дисфункции сердца от количества коронарных артерий с гемодинамически значимыми стенозами? Для решения вопроса были сформированы подгруппы больных ИБС с наличием стеноза в одной, двух и трех коронарных артериях. При этом не было выявлено достоверных отличий по абсолютным значениям и динамике мощности LF- и HF-диапазонов спектра ВСР в ходе нагрузочных проб между подгруппами больных ИБС с одно- и двухсосудистым поражением коронарного русла. При трехсосудистом поражении наблюдались достоверно меньшие значения мощности LF-диапазона спектра ВСР (включая 0,1Гц) на всех этапах пробы, независимо от типа дыхания (рис. 6 и 7).

Динамика НF-диапазона спектра ВСР в подгруппах больных ИБС с различным количеством стенозированных коронарных артерий практически полностью идентична таковой в LF-диапазоне, что обусловлено как гармоническим влиянием 0,1Гц-колебаний, так и снижением проявления дыхательного влияния на сердечный ритм при спонтанном дыхании.

Можно сделать заключение, что больные ИБС с одно- и двухсосудистым поражением коронарного русла характеризуются большей устойчивостью механизмов вегетативной регуляции сердца (в т.ч. 0,1Гц-ритмов) к нагрузкам низкой интенсивности (25 и 50 Вт), чем больные ИБС с трехсосудистым поражением. Отметим, что в последней подгруппе пациенты характеризуются также несколько повышенным симпатическим тонусом, что проявляется тенденцией к более высоким средним уровням ЧСС и АД на всех этапах нагрузочных проб относительно двух других подгрупп.

При изучении особенностей вегетативной дисфункции сердца у больных ИБС с различным уровнем СПКР выявлено, что данный показатель в определенной мере ассоциирован с состоянием вегетативной регуляции сердца; так, при СПКР больше 30% наблюдаются достоверно более низкие адаптационные возможности к нагрузкам низкой интенсивности. Дифференциация особенностей вегетативной дисфункции у больных ИБС, СПКР которых меньше 30%, не дает результатов, что позволяет считать общее влияние данного показателя атеросклеротического поражения коронарного русла на механизмы вегетативной регуляции сердца достаточно низким при значениях суммарного поражения коронарного русла менее 30%.

Полученные результаты являются основой для разработки методики скринингового выявления стенотического поражения коронарного русла у больных ИБС, основанной на анализе динамических оценок спектра вариабельности сердечного ритма в ходе функциональных проб.

2. ВСР у здоровых лиц и у больных ИБС с различным состоянием систолической функции левого желудочка

В группе больных ИБС без нарушений систолической функции левого желудочка (ФВ>55%) управляемое дыхание периодичностью 8, 10 и 12 секунд вызывало достоверно (p<0,02) больший отклик спектральной плотности мощности на частоте дыхания в LF-диапазоне ВСР, нежели управляемое дыхание с периодом 4 и 6 секунд в HF-диапазоне, сохранялось наибольшее значение отклика в области 0,1Гц- компоненты спектра ВСР (рис. 8). При этом значения мощности дыхательного отклика в LF-диапазоне спектра ВСР были достоверно ниже таковых в группе здоровых испытуемых; достоверные различия по спектральному отклику в HF-диапазоне отсутствовали (рис. 1 и 8). В течение функциональной пробы отмечалась относительная постоянность среднего уровня ЧСС и АД.

Рис. 8. Сравнение значений спектральной мощности компонент спектра ВСР на частоте периодического дыхания в группах больных ИБС с нарушенной и сохраненной сократительной функцией левого желудочка.

В группе больных ИБС с систолической дисфункцией достоверные отклики в спектре в ответ на управляемое дыхание различного периода отсутствовали (рис. 8), при этом спектр ВСР характеризовался низкими значениями мощности своих компонент, относительно таковых в группе больных ИБС с сохраненной систолической функцией (р<0,001), свидетельствуя о выраженной вегетативной дисфункции. В течение функциональной пробы отмечалось относительное постоянство среднего уровня ЧСС и АД.

На этапах велоэргометрической пробы при спонтанном дыхании не выявлено достоверных различий в динамике мощности LF-диапазона спектра ВСР между больными ИБС с сохраненной и сниженной систолической функцией левого желудочка (рис. 9). В условиях управляемого дыхания с периодом 10 сек. в группе больных ИБС с сохраненной систолической функцией левого желудочка повышение нагрузки до 25Вт не сопровождалось достоверно значимой динамикой мощности 0,1Гц-генерации (p>0,05), тогда как в группе с систолической дисфункцией наблюдалось выраженное снижение (в 2-2,5 раза) мощности LF-диапазона (p<0,05). При дальнейшем повышении нагрузки до 50Вт наблюдалось снижение мощности спектра в обеих группах (p<0,05); при этом достигнутые абсолютные величины мощности LF-диапазона спектра ВСР не имели достоверных различий (p>0,05) (рис. 10).

Рис. 9. Динамика мощности 0,1Гц-компоненты спектра ВСР в группах больных ИБС с систолической дисфункцией и без нее в ходе велоэргометрических проб при спонтанном дыхании.

Рис. 10. Динамика мощности 0,1Гц-компоненты спектра ВСР в группах больных с систолической дисфункцией и без нее в ходе велоэргометрических проб при дыхании периодичностью 10 сек.

Чувствительность 0,1Гц-генерации спектра ВСР к внешним периодическим дыхательным возмущениям периодичностью 10 секунд, определяемая соотношением мощности данной компоненты при дыхании периодичностью 10 секунд к таковой при спонтанном дыхании, в группе больных ИБС без нарушения систолической функции левого желудочка значимо выше на всех этапах нагрузочной пробы, чем у больных ИБС с систолической дисфункцией. Средний уровень ЧСС на этапах нагрузочных проб не имел достоверных различий между группами больных ИБС с различным состоянием систолической функции левого желудочка.

Определенный интерес представляет тот факт, что в группе с сохраненной систолической функцией 0,1Гц-компонента спектра ВСР характеризуется устойчивостью своей спектральной мощности к малым нагрузкам (25 Вт), относительно резкого снижения ее мощности при повышении нагрузки до 25 Вт в группе с систолической дисфункцией. Данное наблюдение свидетельствует о выраженном снижении адаптационного резерва вегетативной регуляции сердца у больных ИБС с систолической дисфункцией, проявляющемся даже при минимальных уровнях нагрузки.

Изучение динамики HF-диапазона спектра ВСР в ходе нагрузочной пробы у больных ИБС с сохраненной и сниженной систолической функцией сердца показало тенденции различий (но при p>0,05) в динамике спектральной мощности между группами, аналогичные таковым в LF-диапазоне, но при достоверно (p<0,01) значительно более низких абсолютных значениях спектральной мощности.

Таким образом, использование устойчивости 0,1Гц-компоненты спектра ВСР к нагрузкам низкой интенсивности (25 и 50 Вт) в ходе велоэргометрических проб возможно для неинвазивной диагностики состояния систолической функции левого желудочка сердца у больных ИБС.

3. Изучение взаимосвязи динамики LF- и HF-диапазонов спектра ВСР у больных ИБС в ходе нагрузочных проб при спонтанном дыхании

В данном исследовании было произведен анализ взаимосвязи совместной динамики мощности LF- и HF-диапазонов спектра ВСР у больных ИБС различных категорий при спонтанном дыхании, т.е. в условиях естественного взаимодействия механизмов, их формирующих. Это необходимо для углубления представлений об особенностях вегетативной регуляции сердца у человека при развитии ИБС. Был проведен достаточно многосторонний анализ, на деталях которого мы не будем останавливаться в данном тексте, а остановимся на ключевых его результатах.

Показано, что при увеличении тяжести атеросклеротического коронарного поражения наблюдаются снижение активности 0,1Гц-механизмов вегетативной регуляции и относительное возрастание дыхательно-парасимпатических влияний на функцию сердца. Ведущую роль в патогенезе данной вегетативной дисфункции играют наличие гемодинамически значимых стенозов коронарных артерий и их количество, а не степень общего атеросклеротического поражения коронарного русла (оцениваемого по СПКР) и наличие систолической дисфункции левого желудочка. Например, при увеличении тяжести атеросклеротического поражения коронарного русла, в частности, появлении гемодинамически значимых стенозов, увеличивается степень корреляции между HF- и LF-диапазонами спектра ВСР в покое, свидетельствуя о формировании более жестко организованной и менее динамичной функциональной системы вегетативной регуляции сердца с более низкими адаптационными возможностями, что было подтверждено анализом толерантности к физическим нагрузкам.

Дополнительно показано, что больные ИБС с трехсосудистым поражением коронарного русла характеризуются критически низкими адаптационными возможностями вегетативной регуляции сердца.

При помощи кластерного анализа было доказано, что вегетативная дисфункция с нарушением 0,1Гц-механизма вегетативной регуляции сердца ассоциирована со значительным снижением адаптационных возможностей как системы кровообращения, так и всего организма в целом. В общей группе больных ИБС были выделены два кластера (группы №1 и №2), различающиеся по степени вегетативной дисфункции. При этом группа №2 характеризовалась выраженной дисфункцией 0,1Гц-механизма вегетативной регуляции сердца (снижение чувствительности данного механизма вегетативной регуляции к дыханию периодичностью 10 сек. и устойчивости его к нагрузкам низкой интенсивности, а также общей реализацией данного механизма регуляции в ВСР на этапах нагрузочной пробы), снижением дыхательно-сердечного взаимодействия и относительным преобладанием тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы. Данные группы были сопоставимы по состоянию систолической функции сердца, величине СПКР. В группе №2 отмечается недостоверная тенденция к преобладанию больных ИБС с наличием стеноза более 50% хотя бы в одной коронарной артерии, однако по количеству стенотически пораженных коронарных артерий подобной тенденции отмечено не было.