CC BY
58
В. М. ХАЮТИН, Е. В. ЛУКОШКОВА, В. В. ЕРМИШКИН
ОТ ИЗУЧЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ЧАСТОТЫ СЕРДЦЕБИЕНИЙ МЕТОДОМ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА К НЕИНВАЗИВНОМУ НЕПРЕРЫВНОМУ -ЦИКЛ ЗА ЦИКЛОМ - ИССЛЕДОВАНИЮ ИНОТРОПНОЙ РЕГУЛЯЦИИ СЕРДЦА ЧЕЛОВЕКА
Российский кардиологический научно-производственный комплекс, г. Москва
Название этой статьи отражает путь, пройденный нами в последние годы, когда от традиционных для нашей лаборатории исследований физиологии кровообращения в опытах на животных мы обратились к изучению нервной регуляции сердца человека. В начале 90-х гг. прошлого века широко развернулись исследования колебаний частоты сердцебиений (ЧСС) методом спектрального анализа. К этому направлению мы и примкнули, и одним из итогов работы, как показано ниже, оказалось значительное усовершенствование упомянутого метода.
Создание компьютерной программы - основы этого метода - и ее улучшение по мере необходимости принял на себя один из авторов (Е. В. Л.). Дальше мы подробно рассмотрим те физиологические основания, которые заставляли нас совершенствовать метод, добиваясь приближения оценки мощности волн спектра к возможно более достоверной. Сказанное относится и к высокочастотным (дыхательная аритмия) колебаниям ЧСС, открытых К. Людвигом (1847), и к низкочастотным (или 10-секундным) колебаниям, открытым Флейшем и Бекманом (1932).
Применение спектрального анализа для выявления этих колебаний ЧСС началось в конце 60-х гг. XX века [29]. Привлекательность использования метода спектрального анализа заключалась прежде всего в возможности количественной и, как полагали, раздельной оценки интенсивности симпатических и парасимпатических хронотропных влияний на сердце. Общий вид спектра колебаний ЧСС прост - всего три волны, достаточно четко отделенных друг от друга (рис. 1). Несложно, так считали, и понимание получаемых результатов. Однако, как показано ниже, простота эта оказалась кажущейся.
Во всяком случае сказанное относится к широко распространенному суждению о том, что колебания ЧСС высокой частоты определяются влиянием на сердце парасимпатической нервной системы (ПНС), а низкой частоты - симпатической нервной системы (СНС). Такое представление впервые высказал Мал-лиани [24, 27] и неустанно его отстаивает. Соответственно, полагали, что метод спектрального анализа, выявляя колебания ЧСС в виде раздельных волн их частотного спектра, позволяет не только “заглянуть” в состояние вегетативной нервной системы (ВНС) человека, но и оценить “баланс” (правильнее сказать -соотношение) регулирующих влияний двух отделов этой системы на синусовый узел сердца. Для этого будто бы достаточно количественно определить отношение величин мощности (Р) высоко- и низкочастот-
ных (ВЧ, НЧ) волн спектра, т. е. найти численное значение показателя РВЧ/РНЧ. Критические замечания об этих суждениях сделаны ниже, но никакая их критика не избавляет от необходимости добиться возможно более точной количественной оценки мощности ВЧ и НЧ волн спектра колебаний ЧСС.
В предшествующих публикациях [6-8] мы подробно останавливались на принципе спектрального анализа колебаний ЧСС, и здесь достаточно напомнить, что сигналы ЭКГ поступают непосредственно в компьютер, и программа измеряет длительности последовательных ЯЯ интервалов. Далее набор измеренных значений длительности предъявляется оператору в виде непрерывной кривой - кардиоинтервалограм-мы или аналогичной кривой, составленной из обратных значений длительности ЯЯ интервалов, - кардио-тахограммы. Эти кривые и подвергаются спектральному анализу, в результате которого выявляются волны высокочастотных, низкочастотных и инфранизкочастот-ных колебаний ЧСС (или длительности ЯЯ интервалов).
Высокочастотные колебания. По принятым с 1996 г. в США и Западной Европе [39], а с 2001 г. и в России [1] «Стандартам спектрального анализа» частота ВЧ колебаний занимает полосу от 0,15 до 0,40 Гц, или, в пересчете на частоту дыхания, от 9 до 24 циклов/мин. Мощность ВЧ колебаний рассчитывается интегрированием площади волн спектра по всему указанному диапазону частот. Ошибочность этой рекомендации очевидна: у лежащего в покое человека частота дыхания не меняется в 2,7 раза, так что расчет ВЧ мощности во всей полосе, указанной в «Стандартах», завышает оценку РВЧ.
Чтобы избежать этой ошибки, необходимо интегрировать дыхательные колебания ЧСС в полосе частот, определяемой частотой дыхания данного человека, т. е. индивидуально. Для ее определения мы воспользовались явлением Самойлова-Эйнтховена - закономерными малыми колебаниями амплитуды ОЯБ комплексов ЭКГ, которые повторяются при каждом дыхательном цикле [2]. Именно повторяемость этих регулярных колебаний позволяет по их набору (временному ряду) определять индивидуальную частоту дыхания, не прибегая к специальному устройству для его регистрации. Вместо этого на начальном этапе компьютерной обработки ЭКГ программа измеряет не только длительности последовательных ЯЯ интервалов, но и размах соответствующих ОЯБ комплексов, а затем рассчитывает (и предъявляет оператору) оба спектра. В спектре амплитуд ОЯБ комплексов хорошо
УДК 616.12-009.3-073.97
Лежа
Стоя
НЧ - низкочастотные колебания
Рис. 1. Спектры мощности колебаний ЧСС.
Здоровый испытуемый, 30 лет. Регистрация ЭКГ в течение 5 минут в положениях лежа и стоя. При вставании интенсивность ВЧ колебаний резко падает, тогда как интенсивность НЧ колебаний значительно увеличивается. Обратите внимание, что на спектре справа (положение стоя) масштаб по оси ординат сжат в 6 раз по сравнению с масштабом этой оси на спектре слева (положение лежа)
выявляется и доминирующая частота дыхания, и пределы отклонений от нее, т. е. реальный диапазон ВЧ колебаний ЧСС у конкретного лица в его конкретном состоянии. Именно в этом - индивидуальном - дыхательном диапазоне наша программа и рассчитывает мощность ВЧ колебаний.
Достоверность определения частоты дыхания методом спектрального анализа малых изменений амплитуды ОЯБ комплексов ЭКГ мы подтвердили [3], установив, что получаемые значения частоты совпадают с результатами ее измерения индуктивным методом [37].
Сопоставление значений мощностей ВЧ, полученных в индивидуальной полосе частот и определяемых по “Стандартам”, показало, что в последнем случае значение мощности в среднем (п = 32) превышает ее реальное значение на 33%, а у отдельных лиц - на 50 и даже на 75%. Кроме того, использование явления Самойлова-Эйнтховена позволяет уже на начальном этапе исследований выявлять вполне здоровых лиц, обладающих низкой частотой дыхания, в спектре которых вследствие этого завышена мощность НЧ колебаний ЧСС. Наконец, индивидуальная оценка мощности ВЧ колебаний позволила выявить среди больных с нарушениями ритма сокращений сердца лиц, у которых при лечении классическими “кардиологическими” препаратами (хинидин, пропранолол) понизилась частота дыхания, и таким образом обнаружить для этих лекарственных веществ ранее не замеченное побочное действие [6-8].
Попутно отметим, что в спектрах сигнала индуктивного датчика дыхания, точно так же, как и в спект-
рах, построенных по временному ряду малых колебаний амплитуды ОЯБ комплексов, наряду с основной волной, которая соответствует частоте дыхания испытуемого, мы регулярно выявляли еще одну, небольшую волну в области инфранизких (ниже 0,05 Гц) частот [3]. Одно из первых упоминаний о медленных, регулярных изменениях частоты дыхания у здоровых людей принадлежит Холдэну и Пристли [9], специально же эти регулярные изменения (например, циклы, охватывающие 2-6, а также 25-50 дыхательных периодов) изучали Ланфан [23] и ряд других авторов.
Низкочастотные колебания. Временной ряд ЯЯ интервалов содержит составляющие, не только близкие к регулярным, гармоническим, но и случайные, нерегулярные. Последние при спектральном анализе колебаний ЧСС равносильны шумам и, значит, искажают его результаты. Математики предложили алгоритмы, которые либо исключают из временного ряда ЯЯ интервалов случайные нерегулярные составляющие [43], либо выделяют только стационарные его участки [15]. Однако физиолога такие формальные методы не удовлетворяют, так как его задача - точно определить конкретные источники “случайных” составляющих кардиоинтервалограммы.
Мы обнаружили, что одним из таких источников, притом мощным, являются акты проглатывания слюны, накапливающейся во время записи ЭКГ [5], а точнее - возникающие при каждом таком акте глотательно-сердечные реакции: тахикардия, иногда переходящая в кратковременную брадикардию. Эту реакцию в 1883 г. открыл Мельтцер*, но физиологически она
* С. Мельтцер (1851-1920) - видный физиолог, родился в России, эмигрировал в США [25].
оставалась изученной [4] крайне недостаточно. Мы исследовали глотательно-сердечные реакции у человека существенно полнее [5, 10-11]. При этом выяснилось, что динамические характеристики этих реакций таковы, что они вносят очень большой вклад в НЧ диапазон спектра колебаний ЧСС. У лежащих в покое здоровых людей он составляет от 40 до 70% мощности НЧ колебаний.
Чтобы устранить эту нерегулярную составляющую, необходимо прежде всего выявить моменты, в которые происходит глотание. Для этого на шее испытуемого над щитовидным хрящом закрепляют тонкостенную резиновую капсулу, соединенную с электроманометром. В моменты глотания регистрируются резкие изменения давления. Специально созданная программа, используя сигнал датчика глотания, выделяет из последовательности ЯЯ интервалов участки (длительность 40 с), содержащие глотательно-сердечные реакции, и производит их когерентное (по началу сигнала глотания) усреднение.
Этот метод позволил установить амплитудно-временные характеристики хронотропной реакции сердца здоровых людей на одиночный акт глотания, изучить динамику временной суммации при повторных глотаниях, исследовать эфферентные механизмы глотательно-сердечной реакции, выявить ее усиление агонистами холинорецепторов в малых дозах, наконец характеризовать зависимость этой реакции от положения тела (лежа или стоя). Все это позволило рекомендовать использование глотательно-сердечных реакций для клинической оценки тонуса парасимпатической хронотропной регуляции сердца [10-11].
Мы описали [5], каким образом участки записи ЯЯ интервалов, содержащие глотательно-сердечную реакцию, “подправляются” (редактируются) вручную. Опробован и другой способ устранения вклада этих “артефактных” волн в спектр колебаний ЧСС: из суммарной их мощности автоматически вычитается вклад, вносимый глотательно-сердечными реакциями. Оценку удаляемого вклада производит программа, которая усредняет эти реакции и рассчитывает спектр полученной усредненной волны.
Определяются ли НЧ-колебания ЧСС только и исключительно симпатической нервной системой? Мы уже упоминали о представлении, впервые высказанном Маллиани [27], которое способствовало широкому применению спектрального анализа колебаний ЧСС, особенно в клинических исследованиях. ВЧ колебания определяются, как широко признано, притоком к синусовому узлу только (или главным образом) парасимпатических сигналов, тогда как НЧ колебания - по Маллиани - исключительно сим-патическими сигналами. Основанием для возрождения давнего представления о “сим-патовагусном равновесии” (Эппингер и Гесс, 1910), по словам Маллиани [24], послужила необходимость заменить суммарные, физиологически неопределенные показатели изменчивости ЧСС (в понятиях описательной статистики) раздельными и физиологически содержательными (вагус-симпатикус), а притом еще и количественными показателями: отношениями мощностей высоко- или низкочастотных колебаний к их суммарной мощности (за вычетом мощности инфранизкочастотных волн).
Покой, лежа на спине: контроль
Вертикальное положение -контроль
Вертикальное положение -пропранолол
0.4 -
0.0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
Частота, Гц
Рис. 2. Спектры колебаний длительности периода предызгнания. Здоровый испытуемый, 32 года. Пояснения в тексте
150
100
50
100
80
60
0
50
100
уд. / мин
V
Глі .
ЧСС
*
■
■* ■. ■ . * . ■ -=*7
ме . Д т-пп
'V.
^ * А ■ - ■ ■■■■■ ■ н V
■і и* . <г ■■■ ь> -■ ■ г
", эдм*.и . -
уел. ед.
Дыхание
Г Г
0 30 60 90 120 150 180 210
Время, с
40% МПУ
Рис. 3. Динамика укорочения периода предызгнания (Д-ПП) в пробе с изометрическим сокращением мышц предплечья (40% максимального произвольного усилия). Сверху вниз: систолическое и диастолическое артериальное давление (АД) - метод Пеняза, ЧСС, Д-ПП, сигнал дыхания (термисторный датчик).
Время выполнения пробы отмечено черной линией внизу
Эти показатели, численные величины отношения мощностей ВЧ/НЧ либо НЧ/ВЧ, есть количественные оценки степени смещения “тонуса” в сторону того либо другого отдела вегетативной нервной системы. Чтобы на получаемых показателях не сказывался большой индивидуальный разброс мощностей, измеряемых как площадь под соответствующими волнами спектра в абсолютных единицах, следует применять “нормализованные единицы” (н. е.). Для этого надо просто разделить мощность ВЧ (РВЧ) или НЧ (РНЧ) волны на их сумму, например, РВЧ/(РВЧ + РНЧ) либо РНЧ/(РВЧ + РНЧ).
Ясно, однако, что такое отношение строго определяется величиной Р^/Р^ либо Р„„/Р„и (по Маллиани
ВЧ НЧ НЧ ВЧ
это “соотношение реципрокности”) [24]. Допустим, например, что произошло только ослабление притока сигналов по блуждающим нервам, т. е. уменьшение РВЧ. Уменьшение делителя (в случае отношения РНЧ/РВЧ) приведет к росту частного, но такой же результат дал бы и рост делимого - РНЧ, что равносильно усилению возбуждения симпатической нервной системы. Таким образом, мы попадаем в силки математической “манипуляции” (выражение Экберга [17]), основанной на постулате о функциональной реципрокности ВЧ и НЧ колебаний ЧСС.
По существу, этот постулат с самого начала не имел права на существование, так как еще до первого сообщения Маллиани [27] выяснили, что у бодрствующих собак фармакологическая блокада парасимпатического действия на синусовый узел не только устраняет ВЧ волну, но и сильно уменьшает волну НЧ [12-13] и что то же самое происходит у здоровых испытуемых [31]. Результаты пяти подобных исследований (1985-1998) [7-8] таковы: атропин (в/в) уменьшает мощность НЧ волны в положении лежа на 91% (средние данные для 56 испытуемых; в возрасте 2242 г.), а в положении стоя - на 86,6% (п = 30; три исследования). По нашим данным (п = 7), в результате действия атропина в положении лежа сохраняется лишь 2% исходной мощности НЧ колебаний, а стоя -6,7% [8].
Следует ли, учитывая столь мощный эффект действия атропина на НЧ колебания ЧСС, продолжать поиск показателя, количественно отражающего действие на сердце симпатической нервной системы, используя при этом уже освоенный методический “инструмент” - спектральный анализ? В принципе, не исключено, что для инотропного действия СНС такой показатель мог бы быть выявлен.
Поиск регулярных колебаний инотропного состояния левого желудочка методом спектрального анализа. Одним из показателей действия СНС на инотропное состояние левого желудочка (ЛЖ) является длительность периода предызгнания (Д-ПП) [42]. При возбуждении СНС этот интервал - между О зубцом ЭКГ и моментом открытия аортального клапана -становится короче. Изгнанию крови из ЛЖ в сигнале первой производной импедансной кардиограммы (ИКГ) соответствует наибольшая волна, названная волной С. К ее переднему фронту примыкает малая волна В. Точку В, располагающуюся в ложбинке между волнами В и С, принимают за момент открытия аортального клапана [36]. Чрезвычайная изменчивость волны В (например, по ходу дыхательного цикла) делает алгоритмическую идентификацию этой точки очень трудной задачей. И это тем более, что для спектрального анализа ошибка в определении положения точки В по оси времени не должна превышать 0,5-1 мс (0,5-1% от величины Д-ПП, которая у покоящегося здорового человека в положении лежа равна примерно 100 мс).
Отметим также, что при стандартном тетраполяр-ном расположении электродов, принятом для элект-роимпедансной кардиографии, идентифицировать точку В удается не у всех испытуемых. У некоторых из них это выполнимо лишь при прекордиальном расположении всех 4 электродов.
В спектре колебаний Д-ПП в удачных случаях действительно выявляется волна вблизи частоты 0,1 Гц. Это соответствует ожидавшимся регулярным колебаниям инотропного состояния ЛЖ [20] (рис. 2). Однако НЧ-волна обнаруживается только в положении стоя, но не лежа. Функция когерентности колебаний Д-ПП и ЯЯ интервалов в НЧ диапазоне близка к 1. Это свидетельство тесной, но необязательно причинно-следственной связи этих колебаний. Так, блокатор Р-ад-ренорецепторов пропранолол (в/в; 0,2 мг/кг) снижает амплитуду НЧ волны в спектре колебаний Д-ПП до уровня шумов - подтверждение симпатического происхождения колебаний инотропного состояния ЛЖ, тогда как амплитуда НЧ волны в спектре ЯЯ интервалов при таком способе введения пропранолола обычно увеличивается, что, вероятно, обусловлено центральным ваготоническим действием этого бло-катора [16].
Почему спектральный анализ Д-ПП не выявляет низкочастотные колебания у лежащего в спокойном состоянии человека? Для выявления инотропного действия СНС мы применили метод спектрального анализа не только потому, что уже овладели этим “инструментом”. Хотя и не в явной форме, определенную роль сыграло суждение по аналогии: нейрогенному потоку СНС, определяющему хронотроп-ное действие, присущи регулярные колебания - значит, последние могут существовать и в потоке симпатических сигналов, регулирующих инотропное состояние ЛЖ. Аналогия, однако, не тождество. Вспомнить об этом пришлось, когда мы окончательно убедились в том, что у лежащих испытуемых НЧ волна в спектре колебаний Д-ПП отсутствует, даже если в спектре колебаний длительности ЯЯ интервалов есть мощная НЧ волна. Это заставило думать и о других возможностях:
1) в потоке “инотропных” сигналов СНС нет регулярных колебаний с центральной частотой около 0,1 Гц;
2) они имеются, но столь слабы, что не проявляются в сколько-нибудь существенных изменениях Д-ПП;
3) “инотропные” сигналы СНС у лежащего и находящегося в покое человека отсутствуют.
Подтверждение сказанного (пункты 2 и 3) можно
усмотреть в отсутствии отличий ударного объема, максимального систолического давления в ЛЖ (РЛЖ) и, что особенно важно, максимальной скорости нарастания Рлж (аРЛЖ/а*)т* х, а также максимальной скорости кровотока в восходящей аорте у собак с денервиро-ванным и с интактным сердцем [26]. Это сильный довод, позволяющий утверждать, что у спокойно лежащего животного симпатическая регуляция инотропного состояния ЛЖ незначима или вообще отсутствует. Сохраняет ли силу это утверждение применительно к человеку?
У больных с трансплантированным и денервиро-ванным сердцем в положении лежа на спине измеряют две конечно-систолические величины - наружный диаметр ЛЖ (по его малой оси, ультразвуковой метод) и давление в плечевой артерии (манжеточный метод). Затем давление повышают ангиотензином II (в/в), увеличивая постнагрузку и вызывая тем самым некоторое уменьшение конечно-систолического диаметра. Подсчитывают средние величины для группы больных и эти средние отмечают парой точек (до и во время роста постнагрузки), нанося их на плоскость давление - диаметр. Эти точки соединяют прямой линией и определяют ее наклон, который и есть показатель сократимости. Тем же путем получают еще одну прямую - для группы здоровых испытуемых, возраст которых (32,3±8,3 года) соответствует возрасту доноров сердца. Наклон обеих прямых почти одинаков, и значит, состояние сократимости ЛЖ у лежащего в покое человека не зависит от притока импульсов СНС. Итоговый вывод авторов таков: “Сократимость, присущая интактному сердцу, - это его собственное свойство, не зависящее в своей основе от нервной регуляции” [41].
Такой же вывод следует из более ранних исследований, сходных по примененным методам: в одном [14] также сопоставляли показатели сократимости ЛЖ у больных с трансплантированным и денервирован-ным сердцем и у контрольной группы здоровых добровольцев, в другом [22] - у здоровых добровольцев до и после полного выключения ВНС атропином и пропранололом [18].
Есть, однако, и исследование, в котором у больных с болями в грудной клетке, но без признаков сердечной недостаточности пропранолол (в/в) снижал показатели сократимости - максимальную скорость и максимальное ускорение кровотока в восходящей аорте, а также «*РЛЖ/М)та1 г [21]. Заметим, однако, что катетеризация ЛЖ - воздействие, приводящее к эмоциональному возбуждению, а тем самым и к усилению притока импульсов СНС к сердцу.
Еще в трех исследованиях применяли полную фармакологическую блокаду ВНС. В одном из них несколько сместилась вниз кривая “конечно-диастолический объем - ударный объем” ЛЖ [32], в другом [19] на 21% снизился ударный объем, в третьем -на 8% увеличилась Д-ПП. Все это признаки уменьшения сократимости ЛЖ.
Трудно сказать, почему в ранее упомянутой работе [22] то же самое воздействие - полная блокада ВНС -не сказывалось на сократимости ЛЖ. Эффектом, общим для такого состояния, является тахикардия: рост ЧСС составлял от 33 до 44% [19, 22, 32]. Уже самое ожидание тахикардии способно вызвать настороженность и даже тревогу с их неизбежным спутником эмоциональным возбуждением СНС. К тому же атропин вызывает неприятные ощущения: сухость во рту, потерю остроты зрения [18]. И это также небезразлично для состояния СНС.
Но и независимо от сообщений об отсутствии у лежащего человека нейрогенного инотропного действия на ЛЖ [14, 22, 41] или о наличии такого действия [19, 21, 32], стало очевидным, что, воспользовавшись методом спектрального анализа, мы неявным образом исходили из предвзятых идей. Они таковы: 1) у спокойно лежащего человека СНС посылает к миокарду тоническую импульсацию; 2) ее интенсивность достаточна, чтобы быть эффективной, более того,
3) поток сигналов (если он имеется) подвержен низкочастотным колебаниям с периодом около 10 с. Ни одно из этих допущений не имеет твердого обоснования. Следовало вернуться на шаг назад и исследовать, как меняется последовательный ряд значений Д-ПП, измеряемых в каждом последовательном кардиоцикле, при функциональных нагрузках.
Инотропные реакции левого желудочка при функциональных пробах, возбуждающих симпатическую нервную систему. В “Руководстве по методам импедансной кардиографии” [36] окончание ПП, т. е. момент открытия аортального клапана, рекомендуют определять по дифференцированной ИКГ, т. е. по кривой <1Е/<П, находя на ней точку, расположенную между волнами В и С. Однако надежно определять по этой точке открытие аортального клапана, притом в каждом кардиоцикле, невозможно, так как волна В, а потому и точка В крайне непостоянны. Эта волна может быть четко выраженной, но затем исчезнуть даже на протяжении одного дыхательного цикла.
Исходя из представления Рашмера [34] о ЛЖ как об источнике “импульса силы”, за окончание ПП мы приняли физически строго определенный момент времени, соответствующий максимальному ускорению нарастания сигнала пульсовой волны импедансной аор-тограммы (для ее регистрации один сигнальный электрод размещали на границе тела грудины и ее рукоятки, второй - парастернально, на уровне второго реберно-грудинного сочленения). Предварительное испытание этого метода показало, что Д-ПП, измеряемая в последовательных кардиоциклах, при воздействиях, возбуждающих СНС, уменьшается.
Чтобы избежать ошибочных выводов о причине изменений Д-ПП, следует непрерывно регистрировать артериальное давление (АД) Мы использовали неинвазивный метод Пеняза [30], записывая давление в артериях пальца. Поясним, почему это необходимо. Допустим, что единственное изменение - повышение диастолического АД. Тогда Д-ПП может увеличиться просто из-за более позднего открытия аортального клапана. Запись АД должна помочь избежать существенной ошибки: приписать эффект снижению сократимости ЛЖ.
Одной из функциональных нагрузок служило изометрическое сокращение мышц предплечья (30-40% максимального произвольного усилия в течение 2-3 мин; рис. 3). При выполнении пробы происходит постепенное повышение АД, особенно интенсивное во второй половине пробы. При этом у одних испытуемых Д-ПП постепенно уменьшалась, у других - не изменялась. Первый вариант соответствует ожидавшемуся повышению сократимости ЛЖ при возбуждении СНС. Второй вариант определяется тем, что повышение диастолического АД во время пробы задерживает открытие аортального клапана и тем самым препятствует проявлению укорочения Д-ПП в ответ на возбуждение СНС. Тем не менее по окончании пробы Д-ПП у всех испытуемых (п=19) неизменно укорачивалась, причем в наибольшей степени (в среднем для положения лежа на 27%) - к 10-20-й секунде. Затем Д-ПП
медленно возвращалась к исходной величине. Восстановление АД происходило существенно быстрее.
Кроме того, мы исследовали изменения Д-ПП при пробе Вальсальвы (40 мм рт. ст., 20 с). Во время пробы приток крови к сердцу, а потому и объем ЛЖ уменьшаются. Соответственно, уменьшается длина его мышечных волокон, а с тем вместе замедляется их сокращение. Поэтому Д-ПП сначала увеличивается. Тем не менее за несколько секунд до окончания пробы Д-ПП начинала уменьшаться, несмотря на продолжающееся ограничение венозного притока. Сразу после пробы приток крови к сердцу возрастает, и Д-ПП оказывается значительно меньше исходной (в среднем на 33,2% в положении лежа). Это означает, что во время пробы сократимость ЛЖ повышалась. Действительно, во время пробы и в течение некоторого короткого времени после нее возбуждение СНС усилено [38]. Еще через несколько секунд достигается максимум повышения АД (в эту фазу пробы АД превышает свое исходное значение). Последующее восстановление Д-ПП и АД происходит примерно с одинаковой скоростью.
При наклоне тела на 60° (головой вверх) изменения Д-ПП как при кистевом жиме, так и пробе Вальсальвы сохраняют тот же характер, но проявляются сильнее.
Перспективы. Зависимость Д-ПП от одновременно возникающих при функциональных пробах изменениях АД не позволяет характеризовать инотропные реакции ЛЖ у разных людей в сопоставимых (абсолютных) физических единицах. Есть, однако, и другой показатель инотропного состояния ЛЖ, применяемый в клинике как рутинный, - максимальное ускорение кровотока в восходящей аорте. Эту величину измеряют ультразвуковым допплеровским методом. Опустим длительную, более чем 40-летнюю, историю развития идей, лежащих в основе этого метода. Но как особо важное для нас исключение упомянем о двух исследованиях. В одном, выполненном на анестезированных собаках, установили высокую корреляционную связь двух показателей инотропии ЛЖ: Д-ПП и максимального ускорения кровотока в восходящей аорте [33]. Тесная связь этих показателей объясняется просто: оба они отражают инотропное состояние ЛЖ. В другом исследовании показано, что величина элект-роимпедансного сигнала, отводимого от крупного артериального сосуда, возрастает тем больше, чем сильнее увеличивается его объем при повышении скорости течения [35]. Из этих данных, а также из рассмотрения с позиций законов механики эффектов, определяемых силой и скоростью сокращения ЛЖ [40], следует, что значение наибольшего ускорения пульсового изменения сигнала импедансной аортограм-мы (Атах) является показателем инотропного состояния ЛЖ. Соответственно, наша ближайшая цель - сопоставить одновременные записи (удар за ударом) величин Д-ПП и А , а также выяснить, какова их срав-
max’ ’ 1
нительная чувствительность к постнагрузке. Возможно, что для клинических задач лучше подойдет показатель, отражающий инотропное состояние ЛЖ в виде максимального ускорения пульсового растяжения восходящей аорты, величина которого определяется напряжением миокарда ЛЖ в момент открытия аортального клапана.
Мы признательны к. м. н. Е. Ю. Берсеневу за участие в исследованиях с функциональными пробами, а также программе президиума РАН “Фундаментальные науки - медицине” за поддержку нашей работы в 20052006 г.
Поступила 28.09.2006
ЛИТЕРАТУРА
1. Баевский Р. М. и соавт. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем // Вестник аритмологии. 2001, № 24. С. 65-84.
2. Лукошкова Е. В., Хаютин В. М., Бекбосынова М. С., Голицын С. П. QRS-амплитудограмма и ее частотный спектр: применение для оценки мощности колебаний частоты сердцебиений // Кардиология. 2000, № 9. С. 54-57.
3. Лукошкова Е. В., Вабниц А. В. Дыхательная волна в спектре колебаний частоты сокращений сердца и влияние дыхания на медленные волны этого спектра // Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы. М.: Гл. клин. госп. МВД. 2002. С. 163-171.
4. Прийма Г. Я. О рефлекторных влияниях на сердце и сосуды при акте глотания у здоровых и больных людей // Ученые записки Сталинградского гос. педагогического института. 1959. Вып. 9. С. 230-262.
5. Хаютин В. М., Бекбосынова М. С., Лукошкова Е. В. Тахикардия при глотании и спектральный анализ колебаний частоты сокращений сердца // Бюл. эксп. биол. мед. 1999. № 127. С. 620-624.
6. Хаютин В. М., Лукошкова Е. В. Спектральный анализ колебаний частоты сердцебиений: физиологические основы и осложняющие его явления // Российский физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 1999. № 85. C. 893-909.
7. Хаютин В. М., Лукошкова Е. В. Хроно- и инотропная регуляция деятельности сердца человека: исследования методом спектрального анализа // Сборник трудов научной сессии “Фундаментальные исследования и прогресс кардиологии”, РК НПК М3 РФ. Москва, 2002. С. 76-95.
8. Хаютин В. М., Лукошкова Е. В. Колебания частоты сердцебиений: спектральный анализ // Вест. аритмологии. 2002. № 26. С. 10-21.
9. Холдэн Дж. С., Пристли Дж. Г. Дыхание. М.: Биомедгиз. 1937. 463 с.
10. Шерозия О. П., Ермишкин В. В., Лукошкова Е. В. Динамика хронотропной реакции сердца при глотании у здоровых лиц // Бюл. эксп. биол. мед. 2003. № 135. С. 377-381.
11. Шерозия О. П., Ермишкин В. В., Лукошкова Е. В. и др. Изменения глотательной тахикардии и дыхательной аритмии при модуляции тонических парасимпатических влияний // Нейрофизиология. 2003. № 35. С. 476-486.
12. Akselrod S., Gordon D., Ubel F. A. et al. Power spectrum analysis of heart rate fluctuation: a quantitative probe of beat-to-beat cardiovascular control. Science. 1981. Vol. 213 (4504) P. 220-222.
13. Akselrod S., Gordon D., Madwed J. B. et al. Hemodynamic regulation: investigation by spectral analysis. Am. J. Physiol. 1985. Vol. 249 (4 Pt.2). P. 867-875.
14. Borow K. M., Neumann A., Arensman F. W., Yacoub M. H. Left ventricular contractility and contractile reserve in humans after cardiac transplantation. Circulation. 1985. Vol. 71 (5). P. 866-872.
15. Castiglioni P., Di Rienzo M. How to check steady-state condition from cardiovascular time series. Physiol. Meas. 2004. Vol. 25 (4). P. 985-996.
16. Coker R., Koziell A., Oliver C., Smith S. E. Does the sympathetic nervous system influence on the sinus nerve arrhythmia in man? Evidence from combined autonomic blockade. J. Physiol. 1984, Vol. 356. P. 459-464.
17. Eckberg D. L. Sympathovagal balance. A critical appraisal. Circulation. 1997. Vol. 96 (9). P. 3224-3232.
18. Jose A. D., Collinson D. The normal range and determinants of the intrinsic heart rate in man. Cardiovasc. Res. 1970. Vol. 4 (2). P. 160-167.
19. Kelbaek H., Hartling O. J., Gjorup T. et al. Effects of autonomic blockade on cardiac function at rest and during upright exercise in humans. J. Appl. Physiol. 1987. Vol. 63 (2). P. 554-557.
20. Khayutin V. M., Lukoshkova E. V., Voznyak M. V., Gankov A. V. The first attempt to reveal and quantify the inotropic sympathetic drive to the heart using dZ/dt signal. In: Proc. XI Intern. Conf. on EBI. Oslo. 2001. P. 523-526.
21. Klinke W. P., Christie L. G., Nuchols W. W. et al. Use of catheter-tip velocity-pressure transducer to evaluate left ventricular function in man: effects of intravenous propranolol. Circulation. 1980. Vol. 61 (5). P. 946-954.
22. Kronenberg M. W., Uetrecht J. P., Dupont W. D. et al. Intrinsic left ventricular contractility in normal subjects. Am. J. Cardiol. 1988, Vol. 61 (8). P. 621-627.
23. Lenfant C. Time-dependent variations of pulmonary gas exchange in normal man at rest. J. Appl. Physiol. 1967. Vol. 22 (4). P. 675-684.
24. Malliani A. Association of heart rate variability components with physiological regulatory mechanisms. In: Heart rate variability (Malik, Camm eds). Futura Pub. Comp. 1995. Ch. 14. P. 173-188.
25. Meltzer A. Samuel James Meltzer, M. D. Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 1987. Vol. 184 (4). P. 370-374.
26. Noble M. I. M. Stubbs J., Trenchard D. et al. Left ventricular performance in the conscious dog with chronically denervated heart. Cardiovasc. Res. 1972. Vol. 6 (5). P. 457-477.
27. Pagani M., Lombardi F., Guzzetti S. et al. Power spectral analysis of heart rate and arterial pressure variabilities as a marker of sympatho-vagal interaction in man and conscious dog. Circ. Res. 1986. Vol. 59 (2). P. 178-193.
28. Partanen J., Pellinen T., Nieminen M. S. Effect of isometric exercise and autonomic blockade on the haemodynamics: a noninvasive study in healthy volunteers. Ann. Clin. Res. 1988. Vol. 20 (3). P. 169-176.
29. Penaz J., Roukenz J., Van der Waal H. J. Spectral analysis of some spontaneous rhythms in the circulation. In: Biokybernetik. I Intern Symp I: 233-241. Leipzig. K. Marx University. 1968.
30. Penaz J. Photo-electrical measurement of blood pressure, volume and flow in the finger. Digest 10th Conf. Med. Biol. Engng. Dresden. 1973. P. 104.
31. Pomeranz B., Macaulay R. J. B., Caudill M. A. et al. Assessment of autonomic function in humans by heart rate spectral analysis. Am. J. Physiol. 1985. Vol. 248 (1 Pt 2). P. 151-153.
32. Raven P. B., Klein K., Smucker M. L. et al. The effect of cardiac autonomic blockade on ventricular response to changes in preload. J. Auton. Nerv. Syst. 1985. Vol. 13 (3). P. 263-272.
33. Reitan J. A., Smith N. T., Borison V. S., Kadus L. B. The cardiac pre-ejection period: a correlate of peak ascending aortic blood-flow acceleration. Anaesthesiology. 1972. Vol. 36 (1). P. 76-80.
34. Rushmer R. F. Initial ventricular impulse. A potential key to cardiac evaluation. Circulation. 1964. Vol. 29 (2). P. 268-283.
35. Shankar R. T. M., Webster J. G., Shao S. Y. The contribution of vessel volume change and blood resistivity change to the electrical impedance pulse. Trans. Biomed. Eng. 1985. Vol. 32 (3). P. 192198.
36. Sherwood A., Allen M. T., Fahrenberg J. et al. Methodological guidelines for impedance cardiography. Psychophysiology. 1990. Vol. 27 (1). P. 1-23.
37. Sinton A. M., Suntheralingam R. Respiratory inductance plethysmography with an electrical impedance plethysmograph. Med & Biol Eng & Comput. 1988. Vol. 26 (2). P. 213-217.
38. Smith M. L., Beightol L. A., Fritsch-Yelle J. M. et al. Valsalva’s maneuver revisited: a quantitative method yielding insights into human autonomic control. Am. J. Physiol. 1996. Vol. 271 (3 Pt 2). P. 1240-1249.
39. Task Force of the European Society of Cardiology and North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation and clinical use. Circulation 1996. Vol. 93 (5). P. 1043-1065. (Имеется русский перевод: Вестник аритмологии 1998. № 11. С. 53-78.)
40. Van den Bos G. C., Elzinga C., Westerhof N., Noble M. I. Problems in the use of indices of myocardial contractility. Cardiovasc. Res. 1973. Vol. 7 (6). P. 834-848.
41. Von Scheidt W., Neudert J., Erdmann E. et al. Contractility of the transplanted, denervated human heart. Am. Heart J. 1991. Vol. 121 (5). P. 1480-1488.
42. Weissler A. M., Harris W. S., Schoenfeld C. D. Bedside technique for the evaluation of ventricular function in man. Am. J. Cardiol. 1969. Vol. 23 (4). P. 577-583.
43. Yamamoto Y. J., Hughson R.L. Coarse-graining spectral analysis: new method for studying heart rate variability. J. Appl. Physiol. 1991. Vol. 71 (3). P. 1143-1150.
V. M. KHAYUTIN, E. V. LUKOSHKOVA, V. V. ERMISHKIN
FROM THE SPECTRAL ANALYSIS OF HEART RATE VARIABILITY TO NON-INVASIVE CONTINUOUS, BEAT-TO-BEAT EXAMINATION OF CARDIAC INOTROPIC REGULATION IN HUMANS
1. The recommendation of the North American and European expert group (1996), accepted in Russia (2001), to determine the respiratory component of the heart rate variability by calculating the spectral power in the frequency range of 0,15-0,40 Hz results in overestimation of this
УДК 612.172
spectral component by 25-75% in standing and by 50-70% in supine position.
2. To avoid this error, it is recommended to use the spectral analysis of HR variability in combination with spectral analysis of small oscillations of the QRS-complex amplitude as a simple way to determine the specific range of respiratory rates in an individual.
3. The irregular waves of tachycardia induced by swallowing of accumulated saliva, occurred during a 5-10-min period of ECG recording, can lead to overestimation of LF component of the heart rate variability as much as 40-50%o. The cardiotachogram segments containing such episodes
of swallowing must be excluded from the spectral analysis.
4. The swallowing-induced tahycardia can be used as a simple clinical test to evaluate vagal cardiac chronotropic control.
5. Spectral analysis did not reveal the sympathetic influences on the left ventricle inotropy in supine healthy individuals at rest. The low-frequency inotropic oscillations of sympathetic origin appeared in the upright position, although not in all subjects.
6. Beat-to-beat evaluation of pre-ejection periods allows one to study inotropic control of the left ventricle during clinical and physiological tests in dynamics.
Ю. Р. ШЕЙХ-ЗАДЕ, Г. X. МУХАМБЕТАЛИЕВ, И. Л. ЧЕРЕДНИК
ФАРМАКО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА У КОШЕК
Кафедра нормальной физиологии Кубанского государственного медицинского университета, г. Краснодар
Проблема формирования сердечного ритма всегда была в поле зрения школы профессора П. М. Старкова [4, 5, 8, 9], усилиями которой этот вопрос к настоящему времени занял центральное место в исследованиях, проводимых на кафедре [6, 7, 10-17, 19, 20].
Одним из объектов этого поиска является вариабельность сердечного ритма (ВСР), представляющая собой небольшие (до ±5%), но непрерывные колебания длительности кардиоцикла относительно его средней величины. Если построить временную функцию этих колебаний (ритмокардиограмму) и подвергнуть ее математическому анализу с помощью преобразований Фурье, то получается спектрограмма сердечного ритма (рисунок), отражающая частоту (по оси абсцисс) и амплитуду (по оси ординат) всех колебаний сердечного ритма, образующих в совокупности анализируемую кривую.
Согласно евроамериканским стандартам оценки и анализа спектрограммы сердечного ритма [1, 3, 23] последняя состоит из ультранизкочастотного (УНЧ; 0,001-0,015 Гц), очень низкочастотного (ОНЧ; 0,0150,040 Гц), низкочастотного (НЧ; 0,040-0,150 Гц) и высокочастотного (ВЧ; 0,150-0,400 Гц) диапазонов, каждый из которых предположительно отражает определенный контур регуляции сердечного ритма. Наиболее изученным считается ВЧ-диапазон, пики которого тесно коррелируют по частоте с дыхательными движениями. Поэтому их происхождение, как правило, объясняется дыхательными колебаниями тонуса блуждающего нерва [23] в отличие от НЧ-пиков, которые, по мнению большинства авторов, обусловлены симпатическими механизмами регуляции сердечного ритма [3, 23]. И, наконец, некоторые авторы [1] выделяют надсегментарные (нейрогуморальные, эрготроп-ные) влияния на частоту сердечных сокращений (ЧСС), отражением которых, на их взгляд, являются УНЧ- и ОНЧ-пики спектрограммы сердечного ритма. При этом нельзя не отметить гипотетический характер всех изложенных представлений, так как многие из них до
сих пор не имеют четкого теоретического обоснования и даже противоречат данным эксперимента.
Так, изучая ВСР у ваготомированных и искусственно вентилируемых кошек, находившихся под хлора-лозо-нембуталовым наркозом, мы обнаружили на всех спектрограммах сердечного ритма четкий ВЧ-пик, точно совпадающий по частоте с ритмом дыхания (0,354 Гц) [15]. Наряду с этим пиком, обозначенным нами как истинный дыхательный пик (ИДП), на всех спектрограммах, как правило, наблюдались еще 1-3 дополнительных пика, следующих после ИДП с шагом 0,354 Гц и занимающих диапазон от 0,4 до 1,5 Гц (очень высокочастотный диапазон - ОВЧ; рисунок). Таким образом, наличие на спектрограмме сердечного ритма ИДП у ваготомированных (!) и искусственно (!) вентилируемых животных, а также явно резонансный (!) характер дополнительных (!) ОВЧ-пиков никак не укладывается в общепринятое понимание роли блуждающего нерва в механизме ВСР.
Обнаружение указанных фактов явилось причиной настоящего исследования, в ходе которого была предпринята попытка фармакологического анализа природы ВСР.
Методика
Исследование выполнено на 44 искусственно вентилируемых кошках, находившихся под хлоралозо-нембуталовым наркозом (75+15 мг/кг в/в) в условиях автоматического поддержания температуры тела на уровне 37±0,050 С. В ходе опытов всем животным с интервалом 15-30 минут вводили изучаемые вещества, записывая при этом двухминутные ЭКГ с помощью компьютерного ритмокардиоанализатора «ПолиСпектр-3» (фирма «Нейрософт», г. Иваново). Указанные записи подвергали спектральному анализу с использованием быстрых преобразований Фурье, после чего полученные спектрограммы сердечного ритма обрабатывали статистически, определяя среднее арифметическое значение (М), стандартную ошибку (±т)
