Динамика основных периодических составляющих вариабельности сердечного ритма модели вегетативной регуляции сердца в диагностике ишемических проявлений коронарной патологии у больных ишемической болезн
На правах рукописи
ГРИДНЕВ
Владимир Иванович
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
14.01.05 – кардиология
03.03.01 – физиология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора медицинских наук
Саратов-2010
Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении «Саратовский научно-исследовательский институт кардиологии Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи»
| Научные консультанты: | доктор медицинских наук, профессор Довгалевский Павел Яковлевич; заслуженный деятель науки РФ, доктор медицинских наук, профессор Киричук Вячеслав Федорович. |
| Официальные оппоненты: | доктор медицинских наук, профессор Денисова Татьяна Петровна; доктор медицинских наук, профессор Ушаков Виталий Юрьевич; доктор медицинских наук, профессор Рогоза Анатолий Николаевич. |
Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».
Защита состоится « » ____________ 2010 года в « » часов на заседании диссертационного совета Д 208.094.03 при ГОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Росздрава по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Б.Казачья, 112.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Росздрава.
Автореферат разослан « » 2010 года.
| Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук, профессор | Кодочигова А.И. |
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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Создать инновационную методику изучения вегетативной регуляции системы кровообращения у больных сердечно-сосудистыми заболеваниями и оценить перспективность ее дальнейшего развития для фундаментальной и клинической кардиологии.
- 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.
- 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
- Ишемическое поражение сердца обусловливает дисфункцию механизмов вегетативной регуляции сердца, проявляющуюся снижением их адаптационных возможностей и нарушением кардио-респираторного взаимодействия относительно здоровых лиц.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
Материал и методы 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:
- 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.).
- 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.
- Величина суммарного поражения коронарного русла (СПКР) - подгруппы с СПКР<5% (32 чел.), СПКР = 5-30% (43 чел.) и СПКР>30% (21 чел.).
- 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:
- 12-канальная электрокардиография (цифровой электрокардиограф “VSD-804” фирмы “Волжские передовые технологии”, Россия).
- Допплер-эхокардиография (Sonoline Si-450, Siemens),
- Велоэргометрическая проба (ES 1200, Hellige, Germany) – в группах больных стабильной ИБС и практически здоровых лиц,
- Селективная коронарография (Polydiagenost-C, Philips, Netherlands) – в группах больных стабильной ИБС и практически здоровых лиц,
- 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. Schfer, 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
| Этапы пробы | Спонтанное дыхание | Дыхание периодом 10 сек | р-уровень |
| Больные ИБС с коронарным стенозом менее 50% | |||
| Исходное состояние | 234 (109; 596) | 438 (199; 1593) | р < 0,05 |
| 25 Вт | 140 (56; 241) | 256 (143; 1083) | р < 0,05 |
| 50 Вт | 70 (35; 146) | 154 (70; 292) | р < 0,05 |
| Больные ИБС с коронарным стенозом более 50% | |||
| Исходное состояние | 276 (147; 573) | 407 (152; 752)* | р < 0,05 |
| 25 Вт | 115 (62; 287) | 322 (105; 639)* | р < 0,05 |
| 50 Вт | 65 (40; 146) | 121 (52; 256) | р < 0,05 |
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.
Рис. 11. Толерантность к физическим нагрузкам в группах больных ИБС №1 и №2, полученных в результате кластерного анализа.
Анализируя отличия в клинической картине заболевания в группах № 1 и №2 было установлено, что больные в данных группах достоверно отличаются по уровню толерантности к физической нагрузке (рис. 11), при этом группа №2 характеризуется достоверно (p<0,001) более низкой переносимостью физических нагрузок.
4. Перспективы изучения взаимодействия функциональных компонентов сердечно-сосудистой системы с позиции самоорганизации системы при адаптации к условиям функционирования
Известно, что взаимодействие между нелинейными колебательными системами, в том числе и биологической природы, может привести к их синхронизации. Наличие в вегетативной регуляции сердца периодических составляющих, в частности 0,1 Гц-колебаний, создает предпосылки для их синхронизации с периодическими процессами других биологических систем, состоящих в тесном взаимодействии с системой кровообращения, например, дыхательной системой. Кроме того, внутри сердечно-сосудистой системы также могут формироваться элементы функциональной синхронизации между ее отдельными компонентами (сердце, магистральные и периферические сосудистые территории).
Существование фазовой синхронизации между основным сердечным ритмом здорового человека и его произвольным дыханием было продемонстрировано в серии экспериментов. Синхронизация между указанными ритмами наблюдалась в наших экспериментах у всех здоровых лиц продолжительностью более 30 секунд при общей длине записи 10 минут. Наибольшая длительность времени синхронизации в течение одной записи составила 2 минуты в группе здоровых испытуемых. У большинства испытуемых за время эксперимента отмечалось наличие нескольких различных порядков синхронизации n:m. В нашем исследовании не было обнаружено отмечавшегося авторами [Schfer C., Rosenblum M.G., Kurths J. [et al.], 1998, p. 239-240; Brai-Lotri M., Stefanovska A., 2000, p. 451-461] ухудшения кардиореспираторной синхронизации с увеличением степени ВСР.
На рисунке 12а приведен пример нормированной на 2 обобщенной разности фаз между сигналами ЭКГ и дыхания, вычисленной по формуле 
, где 
- фаза сигнала ЭКГ, 
- фаза сигнала дыхания, n = 1, m = 4. На графике имеется горизонтальный участок длительностью 80 секунд (интервал 380 – 460 сек.), указывающий на наличие фазовой синхронизации 1:4 между основным ритмом сердца и спонтанным дыханием. Рис. 12б иллюстрирует отношение мгновенных частот сердцебиения и дыхания. В интервале 400 – 440 сек отношение частот остается практически постоянным fh / fr = 4, т.е. наблюдается частотная синхронизация.
Для изучения фазовой синхронизации между 0,1 Гц-периодикой в ВСР и дыханием у здоровых лиц рассмотрим разность фаз 
, полученную с помощью уравнения 
, где 
- фаза 0,1Гц-периодики в ВСР, вычисленная в результате фильтрации последовательности R-R интервалов, 
- фаза сигнала дыхания. Анализ обобщенной разности фаз 
и отношения мгновенных частот fv / fr указывает на наличие областей синхронизации различного порядка. На рис. 13 представлен пример синхронизации 2:1 и 5:1.
Рис. 12. Пример обобщенной разности фаз 
(а) и отношения мгновенных частот (б) сигналов ЭКГ и произвольного дыхания, демонстрирующие синхронизацию 1:4, при которой на один период дыхания производится 4 удара сердца.
Рис. 12. Пример обобщенных разностей фаз 
(а) и 
(б) и отношения мгновенных частот (в) 0,1Гц-периодики в ВСР и произвольного дыхания со средней частотой около 0,25 Гц.
Также как и в случае синхронизации спонтанного дыхания с основным ритмом сердца, при исследовании синхронизации дыхания с 0,1Гц-периодикой ВСР не было выявлено связи между качеством синхронизации и выраженностью респираторной синусной аритмии в ВСР, а также выраженностью 0,1Гц-ритма в ВСР.
С целью выявления влияния выраженности ВСР на качество синхронизации ритма спонтанного дыхания с ритмами функционирования сердца была произведена серия дополнительных экспериментов, в ходе которых ЭКГ и дыхание здоровых добровольцев регистрировались в положении лежа, сидя и стоя при произвольном дыхании. Показано, что при изменении положения тела выраженность респираторной синусной аритмии и 0,1Гц-колебаний в ВСР значительно менялись. Однако, данные изменения в структуре ВСР при изменение положения тела испытуемых не оказывали значимого влияния на качество наблюдаемой кардиореспираторной синхронизации как с основным ритмом сердца, так и с 0,1Гц-периодикой.
Использование режима дыхания с линейно изменяющейся частотой позволяет существенно сократить продолжительность эксперимента по изучению зависимости режимов синхронизации от частоты дыхания и дает возможность точнее определить границы областей синхронизации, так как в ходе непрерывного эксперимента шаг изменения частоты и изменчивость параметров функционирования сердечно-сосудистой системы существенно меньше, чем при проведении серии отдельных испытаний с различными частотами дыхания.
Рис. 13. Зависимость частоты fv 0,1 Гц-механизма вегетативной регуляции сердца от частоты дыхания fr (пример).
Примечание: Пунктиром показаны линии, на которых отношение частот, указанное рядом с линией, является постоянным.
Для каждого испытуемого отмечалась синхронизация различных порядков между основным ритмом сердца и дыханием. При изучении синхронизации же 0,1Гц-периодики с линейно меняющимся по частоте дыханием при частотах последнего, отличных от 0,1 Гц, в спектре ВСР отмечались два пика: один из них соответствовал средней частоте спонтанного дыхания, другой – 0,1 Гц. При частотах дыхания, близких 0,1 Гц, в спектре ВСР наблюдается лишь один основной пик на частоте дыхания. Таким образом, при частотах дыхательного воздействия, близких к 0,1 Гц, отмечается захват частоты колебаний 0,1 Гц-механизмов регуляции частотой дыхания (рис. 13).
Полученные данные позволяют предположить, что система вегетативной регуляции сердца, генерирующая 0,1Гц-колебания в ВСР, так же как и система генерации основного ритма сердца, может рассматриваться в качестве автогенератора под внешним воздействием при наличии шума.
Известный факт, что с возрастом и при появлении у человека сердечно-сосудистых заболеваний выраженность респираторной синусной аритмии значительно снижается; она может интерпретироваться как разрушение функциональных связей между основными системами в организме человека, что с точки зрения самоорганизации системы кровообращения значительно снижает ее адаптационные возможности. Представляется перспективным для фундаментальной и практической кардиологии дальнейшее изучение особенностей кардиореспираторного взаимодействия у пациентов с различными сердчено-сосудистыми заболеваниями.
В наших исследованиях было выявлено присутствие 0,1Гц-ритма в колебаниях уровня кровенаполнения сосудов микроциркуляторного русла, что согласуется с данными других авторов об 0,1Гц-периодике в регуляции тонуса сосудов [Elghozi J.L., 2008, p. 158-168]. Обнаружение 0,1Гц-колебаний на уровне микроциркуляции крови подтверждает теорию о центральном генезе 0,1Гц-колебаний и связи их с вегетативной регуляцией сердечно-сосудистой системой. Возникает вопрос: являются ли 0,1Гц-колебания, выявляемые на уровне микроциркуляции крови, независимыми от 0,1Гц-колебаний в ритме сердца, или же они представляют собой передаточную функцию колебаний на указанной частоте в функции сердца? Ответ на поставленный вопрос может быть дан после исследования связи 0,1Гц-колебаний в ВСР и микроциркуляции крови.
Был проведен анализ синхронизованности 0,1Гц-ритмов в ВСР и микроциркуляции крови. В нашем исследовании среднее значение суммарного процента синхронизации S в группе здоровых лиц составило 33,3
16,2% (М
), тогда как у больных инфарктом миокарда - 15,7
9,4%. При этом у части здоровых лиц значения показателя S достигали 60-80%, что свидетельствует о качественно высоком уровне функционального взаимодействия 0,1Гц-механизмов вегетативной регуляции сердца и микроциркуляции крови у здоровых лиц. Тем не менее, очевидно, что данные 0,1 Гц-ритмы не имеют 100%-ной связи друг с другом и при факте присутствия в обоих изучаемых сигналах могут быть несинхронизованы между собой.
Характерный вид разности фаз между 0,1 Гц-ритмами, выделенными из последовательности R-R интервалов и фотоплетизмограммы, в группах больных инфарктом миокарда и здоровых лиц представлен на рис. 14.
Рис. 14. Разность фаз 0,1 Гц-ритмов, выделенных из последовательности R-R интервалов и фотоплетизмограммы в группе здоровых испытуемых (А) и больных инфарктом миокарда (Б).
Примечание: По оси абсцисс – время в секундах.
Рис. 15. Гистограммы распределения суммарного процента фазовой синхронизации S между 0,1Гц-колебаниями в ритме сердца и кровенаполнении сосудов микроциркуляторного русла у здоровых людей (выделено белым цветом) и пациентов с инфарктом миокарда (3-я неделя течения заболевания) (выделено серым цветом).
Таким образом, метод изучения синхронизации 0,1Гц-ритмов в ВСР и фотоплетизмограмме обеспечивает удовлетворительное качество разделения групп лиц с различным функциональным состоянием сердечно-сосудистой системы (больные / здоровые). На рис. 15 представлены гистограммы распределения значений S, полученные для записей здоровых обследуемых и пациентов с инфарктом миокарда. Выраженная десинхронизация 0,1Гц-ритмов у больных инфарктом миокарда свидетельствует о функциональном разобщении механизмов вегетативной регуляции отделов сердечно-сосудистой системы, что обусловливает значительное снижение адаптационных возможностей самой системы.
Изучение синхронизации различных ритмов в сердечно-сосудистой системе открывает принципиально новые перспективы развития кардиологии и является инновационной основой для качественно нового понимания основ функционирования вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы.
5. Создание многомерной математической модели ассоциации степени вегетативной дисфункции с состоянием систолической функции левого желудочка у больных ИБС на основе динамических оценок спектра вариабельности сердечного ритма
Практическая значимость создаваемой математической модели выявления критической вегетативной дисфункции, аналогичной таковой у пациентов с низкой фракцией выброса левого желудочка, основывается на существующих данных о том, что выраженная вегетативная дисфункция регуляции сердца обусловливает риск 5-летней смертности у больных ИБС с фракцией выброса более 30%, соответствующий пациентам с фракцией выброса менее 30% [A. Bauer, J.W. Kantelhardt, P. Barthel [et al.], 2006, р. 1639-1641].
Для изучения многомерных ассоциаций параметров ВСР и состояния систолической функции левого желудочка был использован дискриминантный анализ.
Значение комплексной оценки абсолютных значений спектральной мощности низкочастотного (LF) диапазона в ходе велоэргометрической пробы исследовали следующим порядком процедур построения дискриминантных функций: 1) модель на основе значений LF-компоненты в ходе нагрузочной пробы при спонтанном дыхании; 2) модель на основе значений LF-компоненты в ходе пробы при управляемом дыхании с периодом 10 сек.; 3) модель на основе значений LF-компоненты пробы при спонтанном и управляемом дыхании периодичностью 10 сек.
Из табл. 2 следует, что комплексная оценка динамики мощности 0,1 Гц-компоненты спектра ВСР в ходе нагрузочных проб в условиях и спонтанного, и управляемого дыхания позволяет значительно улучшить корректность выявления больных ИБС с систолической дисфункцией левого желудочка, так как в данном случае учитывается и чувствительность 0,1Гц-генерации к внешнему дыханию периодичностью 10 секунд, и устойчивость ее к нагрузкам низкой интенсивности, характеризующей адаптационный резерв вегетативного управления сердца. Однако качество модели не позволяет в достаточной мере корректно определять состояние систолической функции левого желудочка у больных ИБС по значениям мощности 0,1Гц-компоненты спектра ВСР. Изучение факторных нагрузок переменных во всех рассмотренных выше дискриминантных функциях показало, что во всех случаях изучаемые переменные являлись компонентами одного фактора.
Таблица 2
Корректно классифицированные наблюдения в группах больных ИБС с различным состоянием систолической функции сердца дискриминантными функциями на основе значений LF-компоненты спектра ВСР в ходе нагрузочных проб, %
| При спонтанном дыхании | При управляемом дыхании с периодом 10 секунд | При спонтанном и управляемом дыхании | |
| Группа больных ИБС с ФВ<50% | 18,2 | 0 | 42,9 |
| Группа больных ИБС с ФВ>55% | 97,9 | 98 | 95,6 |
Таблица 3
Корректно классифицированные наблюдения в группах больных ИБС с различным состоянием систолической функции сердца дискриминантными функциями на основе средней ЧСС, мощности LF- и HF-диапазонов спектра ВСР в ходе ВЭМ-проб, %
| При спонтанном дыхании | При управляемом дыхании с периодом 10 секунд | При спонтанном и управляемом дыхании | |
| Группа больных ИБС с ФВ<50% | 27,3 | 28,7 | 85,7 |
| Группа больных ИБС с ФВ>55% | 97,9 | 98,8 | 96,9 |
Изучение оценки состояния систолической функции левого желудочка на основе комплексного анализа параметров ВСР (среднее ЧСС, мощность LF- и HF-диапазонов спектра ВСР) в ходе нагрузочных проб проводили построением трех дискриминантных функций: 1) в условиях спонтанного дыхания; 2) при управляемом дыхании с периодом 10 сек.; 3) при спонтанном и управляемом дыхании. Корректность классификации наблюдений в каждой группе на основе полученных дискриминантных функций приведена в таблице 3.
Чувствительность (Se) и специфичность (Sp) данной дискриминантной модели составляют 86% и 97% соответственно.
Классификация наблюдений производится построением двух функций классификации. Каждая функция позволяет для каждого образца и для каждой совокупности вычислить значения веса классификации по формуле:
Si = ci + wi1 * x1 + wi2 * x2 +... + wim * xm,
где индекс i обозначает соответствующую совокупность, а индексы 1, 2,..., m обозначают m переменных; ci являются константами для i-й совокупности, wij – значение веса для j-й переменной при вычислении показателя классификации для i-ой совокупности; xj - наблюдаемое значение для соответствующего образца для j-й переменной. Величина Si является результатом показателя классификации. Наблюдение считается принадлежащим той совокупности, для которой получен наивысший показатель классификации.
В таблице 4 представлены значения коэффициентов классификационных функций для двух групп больных ИБС с различным состоянием систолической функции левого желудочка.
Полученные данные показывают, что комплексное использование таких параметров ВСР, как средняя ЧСС, мощность LF- и HF-диапазонов спектра ВСР, в ходе нагрузочных проб отдельно в условиях управляемого и спонтанного дыхания не обеспечивает достаточного уровня разделения больных ИБС по состоянию систолической функции левого желудочка. Можно сделать вывод, что использование только показателей устойчивости 0,1Гц-компоненты к физическим нагрузкам низкой интенсивности, совместно с динамикой состояния вегетативных механизмов, оказывающих влияние на формирование мощности HF-диапазона и уровень средней ЧСС, без учета чувствительности данных механизмов управления к дыхательным возмущениям периодичностью 10 сек., не обеспечивает качественного разделения больных ИБС по состоянию систолической функции миокарда. Представляет значительный интерес тот факт, что вклад каждого изучаемого параметра ВСР в ходе нагрузочных проб в общую модель не очевидно значим; тем не менее, комплексное применение всех переменных позволяет достичь достаточно высокого уровня дискриминации. Исследование факторных нагрузок переменных во всех рассмотренных выше дискриминантных функциях показало, что во всех случаях изучаемые переменные являлись компонентами одного фактора.
Таблица 4
Весовые значения переменных функций классификации для больных ИБС с различным состоянием систолической функции сердца на основе среднего R-R интервала, мощности LF и HF диапазонов спектра ВСР в ходе велоэргометрической пробы при спонтанном и управляемом дыхании с периодом 10 сек.
| Переменная | Группа больных ИБС с ФВ < 50% | Группа больных ИБС с ФВ > 55% |
| Средний R-R интервал (спонтанное дыхание / дыхание с периодом 10 секунд) | ||
| Исходное состояние | 10,649 / 54,851 | 6,061 / 83,318 |
| 25 Вт | 157,722 / -416,274 | 139,004 / -398,118 |
| 50 Вт | 1128,012 / -601,335 | 665,749 / -161,877 |
| Низкочастотный (LF) диапазон спектра ВСР (спонтанное дыхание / дыхание с периодом 10 секунд) | ||
| Исходное состояние | 0,069 / 0,001 | 0,054 / 0,003 |
| 25 Вт | -0,162 / 0,001 | -0,097 / -0,009 |
| 50 Вт | -0,046 / 0,014 | -0,041 / 0,015 |
| Высокочастотный (HF) диапазон спектра ВСР (спонтанное дыхание / дыхание с периодом 10 секунд) | ||
| Исходное состояние | -0,03 / 0,036 | -0,095 / 0,014 |
| 25 Вт | -0,139 / 0,083 | -0,152 / 0,144 |
| 50 Вт | -0,045 / -0,088 | -0,03 / -0,109 |
| Константа | ||
| ci | -107,464 | -92,136 |
На основании полученных данных можно сделать вывод, что спектральные характеристики ВСР ассоциированы с состоянием систолической функции левого желудочка. Инновационность данного вывода заключена в том, что показана возможность ассоциации функциональных характеристик вегетативной регуляции сердца (адаптационный резерв и чувствительность к внешним воздействиям) с параметрами, характеризующими органические нарушения в сердце. При этом показано, что подобная ассоциация возможна только при комплексном подходе к оценке вегетативной регуляции сердца. Использованы три категории параметров ВСР (средняя ЧСС, мощность LF- и HF-диапазонов спектра ВСР), характеризующие различные процессы в вегетативном управлении сердца: LF-диапазон – свойства 0,1Гц-колебаний в ВСР, характеризующих параметры центрального звена вегетативной регуляции сердца; HF-диапазон – взаимодействие сердца и системы дыхания при спонтанном дыхании, возможно, частично отражающий парасимпатическую активность; средняя ЧСС – состояние вегетативного статуса при различных функциональных состояниях организма. Известно, что ЧСС во время нагрузочных проб позволяет оценить риск внезапной смерти у относительно здоровых лиц [Jouven X., Empana J.-P., Schwartz P.J. [et al.], 2005, p. 1951-1958], что дополнительно свидетельствует о значении ЧСС для изучения вегетативного статуса человека.
Созданная многомерная модель иллюстрирует возможность выявления больных ИБС с выраженной вегетативной дисфункцией, характерной для пациентов с наличием значительного нарушения глобальной сократимости левого желудочка. Данная модель в практической кардиологии может быть использована для выявления группы больных ИБС очень высокого риска смертности от сердечно-сосудистых осложнений, в соответствии с [A. Bauer, J.W. Kantelhardt, P. Barthel [et al.], 2006, р. 1639-1641].
6. Многомерная модель выявления больных ИБС со стенотическим поражением более 50% хотя бы в одной коронарной артерии на основе динамических параметров вегетативной регуляции сердца
Проблема выявления больных ИБС с наличием хотя бы одного гемодинамически значимого стеноза коронарной артерии остается актуальной в кардиологии. Особенно сложно это осуществлять при обследовании больших групп населения, учитывая то, что метод коронарографии является достаточно трудоемким и не может быть применен в качестве массового для скрининга среди больных ИБС. При этом неинвазивное выявление пациентов с гемодинамически значимыми коронарными стенозами в общей группе больных ИБС позволит улучшить качество лечебных мероприятий и мероприятий вторичной профилактики в данной группе больных путем формирования групп повышенного риска.
В таблице 5 представлены значения корректно классифицируемых наблюдений, полученные дискриминантной функцией.
Таблица 5
Корректно классифицированные дискриминантной функцией наблюдения среди больных ИБС с наличием и отсутствием гемодинамически значимых коронарных стенозов (%)
| Корректно классифицированные наблюдения (%) | |
| Группа больных ИБС с наличием стеноза более 50% | 89,6% |
| Группа больных ИБС без стеноза более 50% | 50,0% |
| Лямбда Уилкса | 0,76 (p>0,05) |
Для решения задачи был использован метод дикриминантного анализа на основе анализа динамики мощности HF- и LF-диапазонов спектра ВСР в ходе велоэргометрических проб при спонтанном и управляемом дыхании, что позволяет учитывать все индивидуальные особенности вегетативной регуляции сердца у пациента. Функция, полученная при изучении указанных параметров ВСР при велоэргометрической пробе в условиях спонтанного и управляемого дыхания, обеспечивает достаточный уровень идентификации групповой принадлежности больных ИБС в группе с наличием гемодинамически значимого стеноза коронарной артерии, но не обеспечивает достаточного уровня идентификации больных ИБС без гемодинамически значимого стеноза (таблица 5 и 6; лямбда Уилкса = 0,76 при р>0,05). Чувствительность (Se) и специфичность (Sp) данной дискриминантной модели составляют 89,6% и 50% соответственно.
Представляет значительный интерес тот факт, что вклад каждого изучаемого параметра ВСР в ходе нагрузочных проб в общую модель не очевидно значим, тем не менее, комплексное применение всех переменных позволяет достичь достаточного уровня дискриминации для группы больных ИБС со стенотическим поражением коронарного русла. Однако, при этом все переменные находятся ниже условно принятого нами критического уровня толерантности - 0,1, что обусловлено наличием внутренних связей между переменными в модели. Необходимо понимать, что подобное условие обусловливает ряд ограничений в интерпретации полученных результатов. Изучение факторных нагрузок переменных показало, что все изучаемые переменные являлись компонентами одного фактора.
Таблица 6
Весовые значения переменных классификационных функций дискриминантной модели для больных ИБС с наличием и отсутствием гемодинамически значимых коронарных стенозов
| Переменная | Группа больных ИБС с наличием стеноза более 50% | Группа больных ИБС без стеноза более 50% |
| Низкочастотный (LF) диапазон спектра ВСР (спонтанное дыхание / дыхание с периодом 10 секунд) | ||
| Исходное состояние | 0,0024 / 0,0001 | 0,0012 / 0,0002 |
| 25 Вт | 0,0051 / -0,0006 | 0,0003 / 0,0012 |
| 50 Вт | 0,0028 / -0,0006 | 0,0072 / -0,0007 |
| Высокочастотный (HF) диапазон спектра ВСР (спонтанное дыхание / дыхание с периодом 10 секунд) | ||
| Исходное состояние | 0,0079 / 0,0001 | 0,0051 / 0,0035 |
| 25 Вт | -0,0023 / 0,0048 | 0,0003 / 0,0006 |
| 50 Вт | -0,013 / 0,0072 | -0,0098 / 0,001 |
| Константа | ||
| ci | -1,6936 | -2,7145 |
Классификация наблюдений производится построением двух функций классификации. В таблице 6 представлены значения коэффициентов классификационных функций для двух групп больных ИБС с наличием и отсутствием гемодинамически значимых коронарных стенозов.
Таким образом, построенная дискриминантная модель на основе значений LF- и HF-диапазонов спектра ВСР в ходе велоэргометрической пробы при спонтанном и управляемом дыхании с периодом 10 сек обеспечивает приемлемый уровень выявления больных ИБС высокого риска по развитию острого инфаркта миокарда (со стенозом хотя бы одной коронарной артерии более 50%). К сожалению, построенная модель классификации не позволяет в достаточной мере достоверно выявлять больных ИБС без инфаркт-угрожающих стенозов коронарных артерий, давая ложноположительные результаты в 50% случаев. Это может быть обусловлено тем, что на состояние вегетативной регуляции сердца оказывают влияние и другие факторы, например, систолическая дисфункция левого желудочка.
Тем не менее, пациенты без критического стеноза коронарных артерий, выделенные в группу высокого риска при помощи построенной модели, также нуждаются в повышенном наблюдении у врача, так как вегетативная дисфункция сама по себе является важным фактором риска развития фатальных сердечно-сосудистых осложнений, особенно при ассоциации с систолической дисфункцией (математическая модель для частного случая комбинации вегетативной и систолической дисфункции предложена в предыдущем разделе), и характеризует низкие адаптационные возможности сердечно-сосудистой системы у данных больных.
ВЫВОДЫ
- Ишемическое поражение сердца обусловливает дисфункцию центральных механизмов вегетативной регуляции сердца, что проявляется снижением их чувствительности к дыхательным возмущениям и устойчивости к нагрузкам низкой интенсивности (25 и 50 Вт), а также вкладов данных механизмов регуляции в формирование изменчивости сердечного ритма.
- Функциональное состояние и адаптационные возможности центральных механизмов вегетативной регуляции сердца и степень их дисфункций ассоциированы с наличием и количеством гемодинамически значимых коронарных стенозов (более 50%) и не зависят от дальнейшей степени стенозирования коронарных артерий и суммарного атеросклеротического поражения коронарного русла. Наиболее низкие адаптационные возможности вегетативной регуляции сердца характерны для больных ишемической болезнью сердца с трехсосудистым стенотическим поражением коронарного русла.
- Наличие систолической дисфункции у больных ишемической болезнью сердца ассоциировано со снижением адаптационных возможностей вегетативной регуляции сердца, что проявляется более низкой устойчивостью 0,1Гц-компоненты спектра вариабельности сердечного ритма к нагрузкам низкой интенсивности (25 и 50 Вт), относительно больных ишемической болезнью сердца с сохраненной систолической функцией.
- Чувствительность к дыхательным возмущениям и устойчивость к нагрузкам низкой интенсивности – характеристики 0,1Гц-компоненты вегетативного управления сердца, которые можно применять в клинической практике для оценки состояния центрального звена вегетативной регуляции сердца у больных ишемической болезнью сердца с различной степенью коронарного поражения и состоянием систолической функции левого желудочка при проведении проб с нагрузками малой интенсивности (25 и 50 Вт) при спонтанном и управляемом дыхании. Указанные критерии являются более чувствительными для выявления вегетативной дисфункции, относительно общепринятых показателей вариабельности сердечного ритма, что позволяет их применять для динамической оценки резервов вегетативной регуляции сердца.
- Предложен инновационный подход к изучению вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы, основанный на синхронизации основных ритмов внутри нее и на межсистемных взаимодействиях. Данный подход открывает новые перспективы для развития как фундаментальной, так и клинической кардиологии.
- Показана 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 с учетом динамических оценок спектра вариабельности сердечного ритма. Разработана многомерная дискриминантная модель на основе динамических оценок спектра вариабельности сердечного ритма – маркеров высокого риска фатальных сердечно-сосудистых осложнений.
- Показана возможность применения многомерных математических методов анализа для неинвазивного выявления больных ишемической болезнью сердца, имеющих гемодинамически значимые стенозы коронарных артерий при обследовании в амбулаторно-поликлинических учреждениях. Разработана многомерная дискриминантная модель на основе динамических оценок спектра вариабельности сердечного ритма для выявления больных ишемической болезнью сердца, имеющих гемодинамически значимые стенозы коронарных артерий.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Для оценки персонального риска фатальных сердечно-сосудистых осложнений у больных ишемической болезнью сердца необходимо учитывать адаптационный резерв вегетативной регуляции сердца, оцениваемый на основе показателей чувствительности и устойчивости 0,1Гц-компоненты спектра вариабельности сердечного ритма. Выявление пациентов с недостаточным адаптационным резервом регуляции сердца среди больных ишемической болезнью сердца возможно с использованием разработанной многомерной дискриминантной модели на основе динамических оценок спектра вариабельности сердечного ритма, – маркеров высокого риска фатальных сердечно-сосудистых осложнений.
Выявление больных ишемической болезнью сердца с критическим атеросклеротическим стенозированием коронарного русла необходимо осуществлять на основе разработанной многомерной математической модели с использованием динамических оценок спектра вариабельности сердечного ритма в ходе нагрузочных проб. Данная методика позволит расширить диагностическую значимость нагрузочных проб в практической кардиологии.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
- Использование динамики гармонических составляющих сердечного ритма для неинвазивной оценки сократимости миокарда / А.Р. Киселев, О.М. Колижирина, В.И. Гриднев, Е.В. Котельникова // От исследований к клинической практике: материалы Рос. нац. конгресса кардиологов. – М., 2002. – С. 181-182.
- Интерпретация высокочастотной компоненты спектра вариабельности сердечного ритма при проведении функциональных проб с управляемым дыханием / А.Р. Киселев, В.Ф. Киричук, О.М. Колижирина, В.И. Гриднев // Актуальные проблемы кардиологии: материалы X научно-практической конференции с международным участием. - Тюмень, 2003. – С. 67.
- Взаимосвязь правдоподобия результатов велоэргометрических проб и уровня толерантности к нагрузке / В.И. Гриднев, А.Р. Киселев, О.М. Колижирина, Е.В. Котельникова // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. – 2003. – № 3, приложение. – С. 90-91.
- Вариабельность сердечного ритма при физической нагрузке у лиц с нарушенной систолической функцией миокарда / А.Р. Киселев, В.И. Гриднев, О.М. Колижирина, Е.В. Котельникова // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. – 2003. – № 3, приложение. – С. 150.
- Повышение диагностической значимости велоэргометрических проб на основе анализа вариабельности сердечного ритма / А.Р. Киселев, О.М. Колижирина, В.И. Гриднев // Кардиология СНГ. – 2003. – Т. 1. - № 1, приложение. – С. 125.
- Применение спектрального анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) для изучения вегетативного управления сердцем / А.Р. Киселев, В.Ф. Киричук, О.М. Колижирина, В.И. Гриднев // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. – 2004. – Т. 90. - № 8. – С. 435.
- Применение управляемого дыхания для изучения свойств гармонических составляющих спектра сердечного ритма / А.Р. Киселев, В.Ф. Киричук, В.И. Гриднев, О.М. Колижирина // Вестник аритмологии. – 2004. - Т.35, приложения А, В. – С. 147.
- Использование мощности низкочастотной компоненты спектра вариабельности сердечного ритма для повышения диагностической значимости велоэргометрических проб / А.Р. Киселев, О.М. Колижирина, В.И. Гриднев [и др.] // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. – 2004. - Т.3. - № 4, приложение 2. – С. 222-223.
- Использование показателей чувствительности и устойчивости низкочастотной компоненты спектра вариабельности сердечного ритма в клинической практике / А.Р. Киселев, В.И. Гриднев, О.М. Колижирина, В.Ф. Киричук // Российский кардиологический журнал. – 2004. – Т. 48. - № 4. – С. 18-22.
- Синхронизация сердцебиения и ритма регуляции сосудистого тонуса с дыханием / В.И. Пономаренко, В.И. Гриднев, М.Д. Прохоров [и др.] // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. – 2004. - №8-9. – C. 40-51.
- Значение показателей чувствительности и устойчивости низкочастотной компоненты спектра вариабельности сердечного ритма для неинвазивной оценки тяжести поражения сердца / А.Р. Киселев, О.М. Колижирина, В.И. Гриднев, В.Ф. Киричук // Саратовский научно-медицинский вестник. – 2004. - № 1. – С. 30-35.
- Новая двухконтурная модель системы вегетативного управления сердечным ритмом / А.Р. Киселев, В.Ф. Киричук, О.М. Колижирина, В.И. Гриднев // материалы 3-й Всероссийской с международным участием школы-конференции по физиологии кровообращения. – М., 2004. – С. 35-36.
- К вопросу о возможностях изучения состояния механизмов вегетативной регуляции сердечным ритмом / А.Р. Киселев, О.М. Колижирина, В.И. Гриднев, В.Ф. Киричук // Предупреждение сердечно-сосудистых катастроф: материалы Третьей Всероссийской научно-практической конференции. - Челябинск, 2004. – С. 37.
- Возможности изучения состояния механизмов образования респираторной синусовой аритмии / А.Р. Киселев, О.М. Колижирина, В.И. Гриднев, В.Ф. Киричук // Перспективы развития кардиологии и внедрение новых методов диагностики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний: материалы Всероссийской научно-практической конференции. – М., 2004. – С. 9.
- Спектральный анализ вариабельности сердечного ритма при проведении ортостатической пробы в условиях контролируемого дыхания / А.Р. Киселев, В.Ф. Киричук, В.И. Гриднев [и др.] // Актуальные вопросы современной медицины: материалы XIY научно-практической конференции врачей. - Новосибирск, 2004. – С. YI-13-14.
- Чувствительность компонент спектра вариабельности сердечного ритма у пациентов с нарушенной систолической функцией миокарда / А.Р. Киселев, В.И. Гриднев, О.М. Колижирина [и др.] // Сердечная недостаточность’2004: материалы I Общероссийского съезда и V ежегодной конференции Общества специалистов по сердечной недостаточности. – М., 2004. – С. 115.
- Изучение природы периодических колебаний сердечного ритма на основе проб с управляемым дыханием / А.Р. Киселев, В.Ф. Киричук, О.М. Колижирина, В.И. Гриднев // Физиология человека. – 2005. – Т. 31. - № 3. – С. 76-83.
- Диагностика нарушений сократимости миокарда на основе вариабельности сердечного ритма в ходе проведения велоэргометрических проб / А.Р.Киселев, В.И. Гриднев, О.М. Колижирина и др. // Кардиология. – 2005. - № 10. – С. 23-26.
- Оценка вегетативного управления сердцем на основе спектрального анализа вариабельности сердечного ритма / А.Р. Киселев, В.Ф. Киричук, В.И. Гриднев, О.М. Колижирина // Физиология человека. – 2005. – Т. 31. - № 6. – С. 37-43.
- The raising of the diagnostic value of veloergometric tests on basis of the heart rate variability analysis / A.R. Kiselev, V.I. Gridnev, O.M. Posnenkova [et al.] // Folia Cardiologica. – 2005. - Vol.12. - Suppl. D. – P. 52-55.
- Возможности применения параметров синхронизации 0,1 Гц-ритмов сердечно-сосудистой системы при остром инфаркте миокарда в клинической практике / А.Р. Киселев, В.И. Гриднев, А.Б. Беспятов [и др.] // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. – 2005. - Т. 4. - № 4, приложение. – С. 162.
- Синхронизация 0,1 Гц-ритмов в вегетативном управлении сердечно-сосудистой системой в норме и при инфаркте миокарда / А.Р. Киселев, В.И. Гриднев, А.Б. Беспятов [и др.] // Анналы аритмологии. – 2005. - № 2, приложение. – С. 22.
- Исследование синхронизации между дыханием и сердечными ритмами по последовательности R-R интервалов / В.И. Гриднев, А.Б. Беспятов, В.И. Пономаренко [и др.] // В кн.: Современные аспекты диагностики, лечения и профилактики в кардиологии. - Саратов: Изд-во «Слово», 2005. – С. 24-26.
- Влияние внешних периодических стимулов на вариабельность сердечного ритма у здоровых лиц и у пациентов с ишемической болезнью сердца / В.И. Гриднев, А.Р. Киселев, Е.В. Котельникова [и др.] // Физиология человека. – 2006. - Т. 32. - № 5. – С. 74-83.
- Оценка адаптационного резерва вегетативной регуляции сердца на основе динамических показателей вариабельности сердечного ритма / А.Р. Киселев, В.И. Гриднев, О.М. Посненкова [и др.] // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. – 2006. - Т.5. - № 6, приложение 1. - С.179.
- Количественная мера синхронизованности функциональных систем / В.И. Гриднев, В.И. Пономаренко, М.Д. Прохоров [и др.] // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. – 2006. - Т. 5. - № 6, приложение 1. - С. 105.
- The Dynamics Of 0.1 Hz Oscillations Of The Heart Rate Variability In Patients With Coronary Artery Disease During Veloergometric Tests / A.R. Kiselev, V.I. Gridnev, O.M. Posnenkova [et al.] // Abstracts book of 33rd International Congress on Electrocardiology. - Cologne, Germany, 2006. - PS88. – P. 36.
- Synchronization Between Main Rhytms Of Cardiovascular System Under Different Regimes Of Breathing / V.I. Gridnev, V.I. Ponomarenko, A.R. Kiselev [et al.] // Abstracts book of 33rd International Congress on Electrocardiology. - Cologne, Germany, 2006. - PS92. – P. 37.
- Методика реконструкции модели системы симпатической барорефлекторной регуляции артериального давления по экспериментальным временным рядам / А.С. Караваев, В.И. Гриднев, М.Д. Прохоров [и др.] // Технологии живых систем. – 2007. – Т. 4. - № 4. – С. 34-41.
- Внутренняя синхронизация основных 0,1Гц - частотных ритмов в системе вегетативного управления сердечно-сосудистой системой / А.Р. Киселев, А.Б. Беспятов, В.И. Гриднев [и др.] // Физиология человека. – 2007. - Т. 33. - № 2. - С.69-75.
- Особенности вегетативной регуляции сердца у больных ишемической болезнью сердца при наличии гемодинамически значимых коронарных стенозов / В.И. Гриднев, А.Р. Киселев, О.М. Посненкова [и др.] // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. – 2007. – Т. 6. - № 5, приложение 1. - С.73.
- Динамика вегетативной регуляции сердца у больных артериальной гипертонией на фоне лечения фозиноприлом и атенололом / А.Р. Киселев, О.В. Шевченко, В.И. Гриднев [и др.] // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. – 2007. – Т. 6. - № 5, приложение 1. - С. 295.
- Синхронизация низкочастотных ритмов сердечно-сосудистой системы / Б.П. Безручко, А.С. Караваев, В.И. Гриднев [и др.] // Медленные колебательные процессы в организме человека. Теоретические и прикладные аспекты нелинейной динамики в физиологии и медицине: материалы V Всероссийского симпозиума с международным участием и III школы-семинара. - Новокузнецк, 2007. - С. 50-54.
- Новый метод оценки суммарного процента фазовой синхронизации ритмов сердечно-сосудистой системы / Е.И. Рубан, В.И. Пономаренко, В.И. Гриднев [и др.] // Хаотические автоколебания и образование структур: материалы VIII Международной школы (Хаос-2007). - Саратов, 2007. – С. 80-81.
- Сравнение методов автоматического поиска участков фазовой синхронизации между ритмами сердечно-сосудистой системы / Е.И. Рубан, А.С. Караваев, В.А. Шварц, В.И. Гриднев // Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине – 2007: материалы ежегодной Всероссийской научной школы-семинара. - Саратов, 2007. - С. 21-22.
- Динамика мощности низко- и высокочастотного диапазонов спектра вариабельности сердечного ритма у больных ИБС с различной тяжестью коронарного атеросклероза в ходе нагрузочных проб / А.Р. Киселев, В.И. Гриднев, О.М. Посненкова [и др.] // Физиология человека. – 2008. - Т. 34. - № 3. - С. 57-64.
- Сравнительная оценка влияния лечения иАПФ (фозиноприл) и -адреноблокатором (атенолол) на вегетативную регуляцию сердца у больных артериальной гипертонией / А.Р. Киселев, В.И. Гриднев, О.В. Шевченко [и др.] // Рациональная фармакотерапия в кардиологии. – 2008. - № 1. - С. 10-13.
- Применение спектрального анализа вариабельности сердечного ритма для повышения диагностической значимости нагрузочных проб / В.И. Гриднев, А.Р. Киселев, О.М. Посненкова [и др.] // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 11. – 2008. - № 2. - С. 18-31.
- Динамика 0,1 Гц-компоненты спектра вариабельности сердечного ритма на фоне лечения фозиноприлом и атенололом у больных артериальной гипертонией / О.В. Шевченко, А.Р. Киселев, В.И. Гриднев [и др.] // Саратовский научно-медицинский журнал. - 2008. - №1. – С. 84-87.
- Половые особенности влияния фозиноприла и атенолола на вегетативную регуляцию сердца у больных артериальной гипертонией 1-2 степени / О.В. Шевченко, А.Р. Киселев, В.И. Гриднев [и др.] // Настоящее и будущее кардиологии: материалы Второго съезда кардиологов Приволжского федерального округа. – Саратов, 2008. - С. 165-166.
- Индивидуализация выбора антигипертензивного препарата больным артериальной гипертонией с учетом адаптационных возможностей вегетативной регуляции сердца / О.В. Шевченко, А.Р. Киселев, В.И. Гриднев, О.М. Посненкова // Настоящее и будущее кардиологии: материалы Второго съезда кардиологов Приволжского федерального округа. – Саратов, 2008. - С. 164-165.
- Synchronization between the slow oscillations in the human cardiovascular system / M.D. Prokhorov, V.I. Ponomarenko, V.I. Gridnev [et al.] // Proceedings of World Academy of Science, Engineering and Technology, Singapore. – 2009. – Vol. 56. – P. 764-768.
- Synchronization of low-frequency oscillations in the human cardiovascular system / A.S. Karavaev, M.D. Prokhorov, V.I. Gridnev [et al.] // Chaos. – 2009. – Vol. 19. – P. 033112.
Изобретения
- Свидетельство №2005610960 об официальной регистрации программы для ЭВМ. Программа расчета суммарного процента фазовой синхронизации между ритмами сердечно-сосудистой системы человека (Синхро) / А.Б. Беспятов, В.И. Гриднев, Б.П. Безручко [и др.]. Дата выдачи: 20.04.2005.
- Свидетельство №2007610998 об официальной регистрации программы для ЭВМ. Программа исследования синхронизованности между ритмами сердечно-сосудистой системы человека (Синхро-2) / Б.П. Безручко, М.Б. Бодров, В.И. Гриднев [и др.]. Дата выдачи: 06.03.2007.
- Свидетельство № 2008613910 о государственной регистрации программы для ЭВМ. Программа для расчета статистических характеристик кардиоритмограммы (Кардиостат) / Б.П. Безручко, В.И. Гриднев, А.С. Караваев [и др.]. Дата выдачи: 15.08.2008.
- Патент 2374986 РФ МКИ А61В 5/02 Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека / В.И. Гриднев, А.Р. Киселев, Б.П. Безручко [и др.] (РФ ФГУ «Саратовский научно-сследовательский институт кардиологии Росмедтехнологий») – 2008130482; Заявл. 22.07.08; Опубл. 10.12.09. Бюл. №34.
СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ
| АД | - | артериальное давление |
| ВСР | - | вариабельность ритма сердца |
| ИБС | - | ишемическая болезнь сердца |
| СПКР | - | суммарное поражение коронарного русла |
| ФВ | фракция выброса | |
| ФК | - | функциональный класс |
| ХСН | - | хроническая сердечная недостаточность |
| ЧСС | - | частота сердечных сокращений |
| ЭКГ | - | электрокардиограмма |
| LF-диапазон | - | низкочастотный диапазон |
| HF-диапазон | - | высокочастотный диапазон |
| VLF-диапазон | - | очень низкочастотный диапазон |
| ULF-диапазон | - | сверхнизкочастотный диапазон |
Подписано в печать 19.12.09. Объем – 2 печ.л.
Тираж 100. Заказ №
Отпечатано в типографии
