Реферат: Изучение флуктуаций сердечного ритма: нелинейный подход

ИЗУЧЕНИЕ ФЛУКТУАЦИЙ СЕРДЕЧНОГО РИТМА:

НЕЛИНЕЙНЫЙ ПОДХОД


Фролов А.В., Радчук В.Я., Гуль Л.М., Гончар И.А.*

РНПЦ ”Кардиология”, * РНПЦ неврологии и нейрохирургии, Минск, Беларусь


Сердечный ритм анализируется во временной области, что влечет сложность клинической интерпретации по причине нестационарности состояния больного и трудоемкости обработки 24-часовых записей ЭКГ. Поиск более оперативных методик с возможностью экстраполяции относительно коротких записей на более длительные приводит к нелинейным методам (A.Goldberger, 1996; Флейшман А.Н. c соавт., 2001,2006; Гаврилушкин А.П. c соавт.,2002, 2004; Музалевская Н.И. с соавт.,2007 и др.). Ранее установлено, что ритм относится к фракталоподобным структурам с характерным принципом самоподобия ( A.Goldberger, 1996). Это означает, что частота сердечных сокращений, вместо того чтобы стремиться к гомеостатической стабильной величине, может претерпевать значительные флуктуации даже при отсутствии изменений внешних условий. Флуктуации свидетельствуют о том, что нервные механизмы, управляющие сердечным ритмом, по своей сути относятся к хаотическим, что придает системе возможность работать в более широком диапазоне и легче адаптироваться к внешней среде. При многих патологических состояниях проявляется четко выраженная периодичность, сопровождающаяся потерей изменчивости. Г.И.Сидоренко c соавт. при моделировании фибрилляции желудочков показали, что спектр ЭКГ вырождается в единственную гармонику, то есть в регулярный синусоидальный сигнал (1985). Установлено, что сердечный ритм у больных инфарктом миокарда менее подвержен вариациям в сравнении с нормой иногда за несколько минут, а иногда за несколько месяцев перед внезапной остановкой сердца А.П.Гаврилушкин c соавт.,2004, предложили методику построения хаосограмм сердечного ритма, привели примеры у больных инфарктом миокарда и у спортсменов в нормальном состоянии и в режиме перетренировки.

Нелинейный анализ сердечного ритма – это новый, развивающийся подход в кардионеврологии. Имеется перспектива описания флуктуаций сердечного ритма с точки зрения живучести организма и оценки его адаптационных качеств. Почему у одних больных ИБС, несмотря на частые нарушения сердечного ритма, длительное время сохраняется жизнеспособность, у других же - недавно возникшие нарушения приводят к быстрому летальному исходу?

Работа посвящена нелинейному анализу сердечного ритма, изучению визуальных паттернов хаосграмм и ассоциаций их с различными состояниями сердечной деятельности.

Материал и методы:

Анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР), дополненный нелинейными методами (хаосграммы, приближенная энтропия, соотношение медленных волн к быстрым) выполнен у 180 человек. Контрольная группа здоровых включала 34 человека, средний возраст 27,9±1,9 лет. Группа больных ИБС со стенозирующим атеросклерозом коронарных артерий – 43, 51,8±1,6. Группа больных с инфарктом мозга и выраженной экстрасистолией – 50, 55,3±3,6. Группа больных с инфарктом мозга и мерцательной аритмией– 53, 72,9±1,3.

Компьютерная программа “Бриз-3М”, выполняющая оценку линейных и нелинейных параметров ВСР, установлена на сертифицированном 12-канальном цифровом электрокардиографе “Интекард” (Минск).

Хаосграммы А.Гаврилушкина можно трактовать как полудинамические. С исследовательской целью параллельно строили динамические хаосграммы. Это геометрия точек в фазовой плоскости, координатами которых являются приращения соседних кардиоинтервалов X ) = {, }.

В качестве расчетных нелинейных параметров использовали отношение нелинейных медленных и быстрых волн (LF/HF). Округленный коэффициент k (отношение частоты сердечных и дыхательных циклов) дает медиану на диаграмме рейтинга волн. Слева от медианы располагаются высокочастотные волны с рейтингом < k (парасимпатическая активность), справа от медианы – низкочастотные волны с рейтингом > k (симпатическая и нейрогуморальная активность). За меру сложности и предсказуемости сердечного ритма как нестационарного процесса взята приблизительная энтропия ApEn, расчет которой предложен S.Pincus (1991). ApEn служит количественной мерой хаоса сердечного ритма. Таким состояниям как АВ-блокада, ишемия, кардиомиопатия соответствует более регулярный и предсказуемый ритм, характеризуемый меньшим значением энтропии ApEn. Для здоровых лиц, наоборот, ритму характерны более случайные флуктуации, и соответственно, большие значения энтропии ApEn. Можно предполагать, что при нарушениях ритма высоких градаций энтропия возрастает.

Результаты и обсуждение:

На рис.1-4 представлены типовые примеры кардиоинтервалограмм, скатерграмм и хаосграмм для различных состояний. Рис. 1 – ж., 24 года, здоровая; рис.2 – больная Т., ж., 79 лет, ИБС, ИМ, множественные экстрасистолы; рис.3 – больная Б., ж., 58 лет, ИБС, мерцательная аритмия, трепетание предсердий; рис.4 – больная М., ж., 58 лет, ИБС, ИМ, постинфарктный кардиосклероз.



Рис.1 ( пояснения в тексте)



Рис.2 ( пояснения в тексте)



Рис.3 (пояснения в тексте )




Рис.4 (пояснения в тексте)

Для здоровых лиц характерен паутинообразный вид хаосграмм. При множественной экстрасистолии хаосграмма приобретает заостренный вид. В случае мерцательной аритмии хаосграмма представляет исчерченные в беспорядке линии. У больных ИБС с постинфарктным кардиосклерозом сердечный ритм ригидный, его хаосграмма имеет форму “бублика”.

ApEn у здоровых лиц составила 0,050±0,004, в группе ИБС – 0,020±0,004*, в группе ИМ с экстрасистолией -0,17±0,02*, в группе ИМ с мерцательной аритмией – 0,88±0,02*

(* p<0,01). Баланс медленных и длинных волн наблюдался только в контрольной группе.

Полученные клинические данные свидетельствуют о том, что формы хаосграмм чрезвычайно чувствительны. Идея ассоциации зрительных образов хаосграмм и состояний организма высказана Киселевым С.В. с соавт. [ 5 ]. Развивая это направление, мы пришли к выводу, что в основе флуктуаций сердечного ритма, отражаемых на хаосграммах, лежат предельные циклы. При этом здоровым лицам присущи устойчивые циклы эллипсоидальной формы с одной точкой притяжения. При активизации симпатоадреналового отдела регуляции размеры такого эллипса уменьшаются. Наоборот, при доминанте вагусной регуляции - увеличиваются. Точка притяжения сохраняется.

Хаосграмма при частой пароксизмальной экстрасистолии ассоциируется с образующей типа остроугольный треугольник. Треугольные траектории свидетельствуют о напряженности и неустойчивости. Существуют зоны неустойчивости (эктопические очаги) и система скачкообразно переходит от одного неустойчивого состояния к другому. По данным [5] больным с острым коронарным синдромом характерны именно такие хаосграммы, причем более острые стадии координируют с более острыми углами вершин треугольника.

Хаосграммам больных с мерцательной аритмией характерны образующие типа линия, размеры и ориентация которой изменяются случайным образом. Точка притяжения отсутствует, что говорит о дезорганизации сердечного ритма. Это подтверждает оценка энтропии ApEn, которая для таких состояний максимальна.

Наконец, больные с постинфарктным кардиосклерозом демонстрируют ригидный ритм. Хоасграмма при этом вырождается в пространственную фигуру типа «бублик”. Энтропия ApEn в данном случае минимальна.

Визуальные паттерны хаосграмм обладают высокой наглядностью. В сравнении с численным многомерным анализом зрительные образы легче запоминаются. Разработанную нелинейную технологию анализа сердечного ритма можно воспринимать как многократно ускоренное во времени холтеровское мониторирование качественного характера.

Список литературы:

1. Анохин П.К.Узловые вопросы теории функциональных систем.// М., Наука,1980. -196 с.

2. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии.// М., Медицина, 1979.- 256 с.

3. Борискевич А.А., Дайлюденко В.Ф.,Крот А.М. Методы реконструкции фазового пространства по результатам эксеримента для диагностики и прогнозирования систем о сложным поведением//Минск, 1994.- 50c. ( Препринт Институт техн.киб. АНБ: №24).

4. Гаврилушкин А.П.,Маслюк А.П.,Фурменкова Ю.В. Сопоставление результатов исследования ВСР традиционным способом и методом геометрического анализа нелинейных хаотических колебаний// www:hrvcongress. org, 2004.

5. Киселев С.В., Гаврилушкин А.П., Медведев А.П., Шелепнев А.В. Геометрический анализ нелинейных хаотических колебаний кардиоритма как новый метод функциональной диагностики сердечно-сосудистой систмы// Российский кардиологический журнал.-№6.(26) – 2000.-C.76-79.

6. Музалевская Н.И., Каменская В.Г. Оценка адаптационного ресурса и состояния здоровья старшеклассников методом нелинейной стохастической кардиоинтервалометрии// Физиология человека.-2007, том 33.- № 2. С.60-68.

7. Сидоренко Г.И., Лазюк Д.Г., Воробьев А.П. и др. Возможности спектрального анализа ЭКГ //тр. XII межд.конгр.по электрокардиологии.- Минск,1985. – C.71-72.

8. Флейшман А.Н., Филимонов С.Н.,Захаренков В.В. Нейровегетативный контроль адаптации и дифференцированная терапия АГ на основе анализа медленных колебаний кардиоритма// Тез.докл.13 межд.конгр.по приполярной медицине.- Новосибирск, 2006.

9. Фролов А.В., Радчук В.Я.,Лазюк Д.Г. и др. Изучение флуктуаций сердечного ритма с целью диагностики и прогноза//Медэлектроника-2008. Средства медицинской электроники и новые медицинские технологии. Сб.научн.статей межд.научн.техн.конф. - Минск: БГУИР, 2008.-C.29-32.

10. Goldberger A. Non-linear dynamics for clinicians: chaos theory, fractal and complexity at bedside//Lancet, 1996, vol. 347: 1312-1314.

11. Pincus S. Approximate entropy as a measure of system complexity // Proc. Nat.Aadem.Sci. USA, 1991, vol.88, pp. 2291-2301.