HEART RATE VARIABILITY AND DISPERSION MAPPING OF ECG IN MAGADAN REGION PRE-INDUCTEES WITH VAGOTONIC TYPE OF AUTONOMIC REGULATION

Full Text

В настоящее время при скрининге функционального состояния и профилактических осмотрах все шире используется метод анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) и дисперсионного картирования (ДК) электрокардиограммы (ЭКГ). Важность оценки ВСР заключается в раннем выявлении у человека нарушений вегетативного баланса, которые не только могут выступать как показатели донозологических функциональных изменений, но и быть предвестниками различных патологических процессов [3, 8, 9]. Метод ДК ЭКГ отличается высокой чувствительностью и прогностической значимостью среди неинвазивных подходов к контролю изменений метаболических процессов миокарда и их патологических предвестников, так как низкоамплитудные микроальтерации временных интервалов кардиокомплекса PQRST начинают изменяться раньше зубцов стандартной ЭКГ [2]. Современные методы ДК ЭКГ основаны на анализе вторичных расчетных признаков, получаемых из исходной ЭКГ с учетом не только зубца Т, но и зубца R. При этом характеристики микроальтераций имеют существенно более высокую информативность, чем дисперсионные характеристики, основанные только на анализе зубца Т [2, 9, 18, 20]. Как указывают авторы, этого удалось достичь на основе использования новой модели биоэлектрического генератора сердца, где основа изменений низкоамплитудных колебаний ЭКГ-сигнала была связана с нарушениями ионно-транспортной функции, структуры клеточных мембран и митохондриального энергообразования, нарушениями микроциркуляции и рядом других факторов. В этом случае характер и степень изменения микроальтераций являются новой диагностической областью признаков, отражающих «запас» электрофизиологических компенсаторных возможностей сердца. Наиболее информативные изменения со стороны показателей ВСР и ДК выявляются при сердечно-сосудистых заболеваниях, патофизиологический аспект которых в значительной степени проявляется метаболическими изменениями: увеличением потребности миокарда в кислороде, нарушениями электрической проводимости, активации тромбообразования [1, 12, 15]. Имеется опыт параллельного использования ДК и ВСР, показывающий, что у практически здоровых людей микроамплитудные колебания ЭКГ имеют периодический характер и в подавляющем случае определяются изменениями баланса вегетативной нервной системы (ВНС) [13]. Установлены нарушения процессов деполяризации предсердий при выраженном дефиците «вагусных резервов», а в случаях повышения уровня централизации отмечается усиление вариаций микроальтераций амплитудных колебаний скоростных характеристик начального фронта деполяризации желудочков [13]. В программе «Марс-500» установлена негативная тенденция изменений в деятельности миокарда у участников при увеличении напряжения кардиорегуляторных систем вегетативной регуляции [17]. Вместе с тем информативность ДК ЭКГ при оценке донозологических состояний в популяциях практически здоровых лиц и целый ряд аспектов индивидуальных особенностей вариации характеристик ДК в зависимости от исходного уровня активности различных звеньев вегетативной (автономной) нервной системы остаются практически не изученными, особенно для уроженцев Севера из числа европеоидов, жизнедеятельность которых протекает в экстремальных природно-климатических условиях. Эти исследования становятся весьма актуальными в последние годы, когда принят целый ряд государственных документов, касающихся исследований северных и арктических регионов. В этой связи целью работы является определение количественных характеристик временных вариаций дисперсионного картирования ЭКГ и ВСР у европеоидов, уроженцев Магаданской области в 1-2 поколении, с исходным ваготоническим типом вегетативной регуляции. Методы Методом случайной выборки обследовано 160 волонтеров мужского пола в возрасте 15-17 лет, постоянных жителей Магаданской области. Согласно амбулаторным картам, волонтеры не имели в анамнезе хронических заболеваний, по данным анкетного опроса на момент обследования они не предъявляли жалоб и не являлись спортсменами. Согласно указанной цели работы, для дальнейшего анализа параметров ВСР и ДК ЭКГ из всей выборки было отобрано 68 волонтеров (42,5 %), у которых исходный уровень активности их ВНС характеризовался ваготонической направленностью с преобладанием автономной регуляции сердечного ритма (по показателям ВСР). В первой половине дня у обследуемых после предварительного отдыха лежа на кушетке (фон) осуществлялась синхронная запись ВСР и ДК ЭКГ с использованием аппаратно-программных комплексов «ВК 2.5-Варикард» (г. Рязань, ООО «Рамена») и «КардиоВизор-06с». При записи и анализе ВСР руководствовались методическими рекомендациями группы российских экспертов [3]. Оценивали следующие общепринятые показатели ВСР: HR, уд./ мин - частота сердечных сокращений; MxDMn, мс - разность между максимальным и минимальным значениями кардиоинтервалов; Мо, мс - мода; АМо50, % - амплитуда моды; SDNN, мс - стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов; SI, усл. ед. - индекс напряжения регуляторных систем; D, мс2 - дисперсия; IARS, балл - показатель активности регуляторных систем организма. Показатели спектрально-волновой составляющей кардиоритма: HF, мс2 - абсолютная мощность спектра высокочастотного компонента вариабельности сердечного ритма в диапазоне 0,4-0,15 Гц; LF, мс2 - абсолютная мощность спектра низкочастотного компонента вариабельности сердечного ритма в диапазоне 0,15-0,04 Гц; VLF, мс2 - абсолютная мощность спектра очень низкочастотного компонента вариабельности ритма сердца в 37 Экологическая физиология Экология человека 2018.07 диапазоне 0,04-0,015 Гц. Исходя из этих спектральных составляющих кардиоритма, определяли суммарную мощность спектра - TP, мс2. Отметим, что анализ ультранизкочастотной составляющей ВСР (Ultra Low Frequency - ULF) с частотой выше 0,003 Гц в общей мощности спектра не проводился, так как ее вычисление для коротких записей временных рядов (5 мин и менее) не является корректным для методов, использующих Фурье-преобразование [4, 19]. Преобладающий тип вегетативной регуляции определяли, принимая во внимание диапазоны величин SI, AMo50 и MxDMn. С учетом данных показателей были сформированы группы: группа 1 - 41 человек с умеренным преобладанием автономной регуляции - умеренная ваготония (25 < SI < 50 усл. ед.; АМо50 < 30 %; 500 > MxDMn > 300 мс); группа 2 - 27 человек с выраженным преобладанием автономной регуляции (SI < 25 усл. ед.; АМо50 < 30 %; MxDMn > 450 мс). Данное разделение обследуемых с исходным преобладанием автономной регуляции было обосновано тем, что при значениях SI < 25 усл. ед. и высокой амплитуде длительности кардиоинтервалов R-R (MxDMn) часто наблюдаются изменения с донозологического уровня до различных стадий дизадаптационных расстройств, включая состояние болезни и патологии [3, 16]. Для контроля тенденций изменения дисперсионных характеристик на основе минутной записи оценивали значения показателей «Миокард», «Ритм» и «Код детализации». Согласно методическим рекомендациям [14], значения показателей «Миокард» при отсутствии существенных отклонений в состоянии сердечной мышцы не должны выходить за пределы 15 %, а для показателя «Ритм» - за пределы 20 % соответственно. С превышением этих величин возрастает вероятность начальных и пограничных признаков дисфункций в миокарде. Эти изменения подробно описывают степень выраженности и локализации электрофизиологических изменений в миокарде предсердий и желудочков в фазы де- и реполяризации в характеристиках «Кода детализации», включающего в себя следующую оценку: деполяризация правого и левого предсердия (G1-G2), деполяризация правого и левого желудочков (G3-G4), реполяризация правого и левого желудочков (G5-G6), симметрия деполяризации желудочков (G7), наличие внутрижелудочковых блокад (G8) и гипертрофии желудочков (G9). Значения, равные «0», свидетельствуют о норме, а обозначения «S» и «L» - о начальных изменениях дисперсионных отклонений в соответствующем участке миокарда, находящихся в границах нормы (при обработке принимали за «0»). С увеличением числовых значений возрастает вероятность сходства дисперсионных характеристик с определенными электрофизиологи-ческими нарушениями [2, 9, 14]. Статистическая обработка полученных результатов производилась в программе «STATISTICA 6» с использованием непараметрического метода анализа критерия Манна - Уитни (U). Для всех показателей в сравниваемых группах оценивали изменения медиан (Mе), нижнего и верхнего квартилей на уровне 25-и 75-го процентилей. Критическое значение уровня статистической значимости при проверке нулевых гипотез принималось при р < 0,05. Легитимность исследования подтверждена решением Регионального этического комитета при СВНЦ ДВО РАН (протокол № 003/013, 2013 г.). Результаты Как следует из таблицы, в группах сравнения по всем анализируемым показателям ВСР наблюдаются статистически значимые различия. Подчеркнем, что диапазоны значений ВСР в группе 1 соответствуют ранее предложенным данным для рассмотрения региональных нормативов у уроженцев Магаданской области в зависимости от типа вегетативной регуляции [11]. В группе 2 показатели SI и АМо50 имели минимальные значения, а значения SDNN были более 80 мс, что предлагает рассматривать их как верхнюю границу нормы [3]. Показатели MxDMn у этих волонтеров сочетались с высокими показателями дисперсии и общей (суммарной) мощности спектра, что может указывать на «многофакторный» характер влияний на ритм сердца [16]. В общей (суммарной) мощности спектра высокочастотная составляющая преобладала (HF > LF > VLF), отражая физиологическую дыхательную аритмию у здоровых лиц Показатели вариабельности сердечного ритма и дисперсионного картирования ЭКГ, Me (25-й; 75-й процентили) Показатель кардиоритма и дисперсионного картирования Обследуемая группа Критерий и уровень значимости различий между сравниваемыми группами (U; Z; р) Группа 1, n = 41 Группа 2, n = 27 HR, уд./мин 68 (65; 71) 58 (57; 64) 178; 4,7; <0,001 Мо, мс 893 (829; 951) 1043 (957; 1085) 217; 4,2; <0,001 АМо50, % 28 (24; 31) 21 (17; 24) 125; 5,0; <0,001 MxDMn, мс 405 (366; 425) 510 (470; 560) 61; 6,2; <0,001 SDNN, мс 75 (70; 83) 102 (90; 116) 77; 6,0; <0,001 SI, усл. ед. 38 (32; 46) 19 (16; 25) 17; 6,7; <0,001 TP, мс2 4253 (2956; 5400) 5785 (4188; 7803) 143; 5,1; <0,001 HF, мс2 1988(1304; 2390) 2577 (1972; 3315) 346; 2,6; 0,009 LF, мс2 1621 (1152; 2211) 2128(1510; 2659) 372; 2,3; 0,022 VLF, мс2 644 (500; 799) 1080 (706; 1829) 248; 3,8; <0,001 D, мс2 5679 (4851; 6902) 10494 (7943; 13518) 77; 6,0; <0,001 IARS, балл 4 (4; 5) 5 (5; 7) 326; 2,8; 0,004 «Миокард», % 14 (12; 16) 15 (14; 18) 416; 1,72; 0,086 «Ритм», % 16(10; 23) 27 (19; 40) 243; 3,9; <0,001 Примечание. U - критерий Манна - Уитни; Z - критерий знаков, р - уровень значимости различий. 38 Экология человека 2018.07 Экологическая физиология [12, 16]. Однако в группе 2 медиана показателя VLF, отражающего влияние высших вегетативных центров на сердечно-сосудистый подкорковый центр, более чем в 1,5 раза превышала показатель в группе 1. Такие высокие значения в группе 2 показателя VLF могут указывать на гиперадаптивное состояние, тесно связанное с напряжением энергетических, метаболических и психоэмоциональных резервов организма [3]. На это также указывают значения IARS, превышающие 4 балла, что может свидетельствовать о наличии донозологических состояний. При этом в группе 1 таких обследуемых было 16 из 41 человека, в то время как в группе 2 - 20 из 27 человек соответственно. Известно, что донозологические состояния характеризуются тем, что адаптационные возможности организма обеспечиваются более высоким напряжением регуляторных систем [3, 5], ведущим к расходованию функциональных резервов организма, возрастанию энергоинформационного обеспечения взаимодействия физиологических систем организма в поддержании гомеостаза [6, 10, 16]. В этих случаях дисперсионное картирование ЭКГ и значения ВСР позволяют не только количественно оценить степень влияния различных звеньев вегетативной нервной системы на кардиоритм, но на основе изменений показателей «Кода детализации» судить о виде локализации и структуре электрофизиологических изменений миокарда [14]. На рисунке представлены вариации значений «Кода детализации», согласно которым видно, что наибольшее количество значений, отличающихся Диаграмма размаха группы дисперсионных характеристик входящих в «Код детализации», Ме, 25-75 процентили Примечание. G1-G2 - деполяризация правого и левого предсердий; G3-G4 - деполяризация правого и левого желудочков; G5-G6 - реполяризация правого и левого желудочков; G7 -симметрия деполяризации желудочков, G8 - наличие внутриже-лудочковых блокад, G9 - гипертрофии желудочков. от нуля, наблюдается в показателях G1-G2 и G9. В остальных показателях G3-G8 случаи проявления значений, отличающихся от нуля, и невыраженных отклонений дисперсионных характеристик в сторону пограничных состояний нормы были единичны. Так, в группе 1 медианы значений показателей G1 - G2 указывали на преобладание различных вариантов нормы, тогда как у более половины волонтеров из группы 2 (14 из 27 человек) значения указывали на отклонения деполяризации в предсердиях при различных видах локализации потенциалов, ее вызывающих, и возможные нарушения в обменных процессах миокарда. С точки зрения электрокардиографии показатель G9 соответствует началу QRS-комплекса, отражая микроамплитудные колебания скоростных характеристик начального фронта активации сократительного процесса. Чем больше значения данного показателя, тем больше асимметрия возбуждения желудочков в начале деполяризации [2, 9]. В группе 2 нашего исследования диапазон колебаний показателя G9 находился в пределах от 0 до 5 усл. ед. При этом разработчики прибора рассматривают колебания показателей G9 до величины 3 усл. ед. как варианты нормы, а выше этих значений - как отражение нарушений сократительной функции сердца [14]. Обсуждение результатов Как было установлено в работах различных авторов, одним из важных аспектов оценки адаптационных возможностей у лиц различного контингента является предварительное определение исходного типа вегетативной регуляции [5, 7, 11, 16]. Доказано, что умеренные парасимпатические влияния на сердечный ритм выступают одним из факторов индивидуальной устойчивости здорового организма к действию различных неблагоприятных факторов (экологических, социальных и др.). При этом выраженное влияние на сердечный ритм как автономного, так и центрального звена ВНС может рассматриваться как неблагоприятный признак, требующий самого пристального внимания и регулярного динамического наблюдения [5, 12, 16, 21]. Такие особенности часто выявляются именно при массовых скрининговых обследованиях среди условно здорового контингента лиц. В нашем исследовании в группе 2 малые значения SI и высокие значения среди показателей ТР, HF, LF на фоне «многофокусного» ритма могут свидетельствовать о несовершенстве или дисфункции в состоянии регуляторных механизмов. В таких случаях определить, носит ли наблюдаемый процесс «патологический», дизрегуляторный или «физиологический» характер, возможно только при динамическом анализе ВСР и проведении функциональных проб [16]. При сопоставлении показателей ВСР с усредненными значениями ДК по характеристике «Ритм» оказалось, что в группе 2 диапазон значений соответствовал 19-40 %, достоверно превышая величины, характерные для группы 1. Согласно методическим ре 39 Экологическая физиология Экология человека 2018.07 комендациям [14], нормативные значения показателя «Ритм» могут находиться в диапазоне от 0 до 20 %, тогда как превышение значений свидетельствует о переходе организма в состояние напряжения регуляторных систем. При этом значения интегрального показателя «Миокард» в анализируемых группах имели значения, близкие к верхней границе нормы, достигая величины 15-17 %. Имеются сведения, что показатель «Миокард» при небольших градациях G1-G2 может как отражать возможные транзиторные изменения в переходных метаболических процессах миокарда, так и указывать на начало его патологических изменений [2, 9]. Показатель «Ритм» более 20 % чаще наблюдается среди подростков с хронической патологией желудочно-кишечного тракта и с установленным диагнозом лабильной артериальной гипертензии, которые связаны с наличием вегетативной дисфункции в патогенезе [10]. В то же время у большинства лиц без сердечно-сосудистых заболеваний и факторов риска их развития отмечаются нормальные значения показателей «Миокард», «Ритм» и суммы баллов по шкале IARS [1]. В нашем исследовании пограничные значения «Миокард» в совокупности со значениями «Ритм», превышающие нормативный диапазон, чаще были отмечены нами у волонтеров из 2-й группы. По нашему мнению, одновременная регистрация показателей ДК ЭКГ и интегральных характеристик ВСР может указывать на изменения электрофизиологических процессов в миокарде в случае перенапряжения регуляторных систем организма, которые могут быть следствием не только постоянно высокой степени централизации на сердечный ритм, но и крайне выраженной активности парасимпатического звена вегетативной нервной системы. Согласно дисперсионным характеристикам «Кода детализации», наибольшее количество ненулевых значений, указывающих на сходства с эталонами патологии, наблюдается по показателям G1-G2 и G9 при изменении баланса ВНС. По данным показателям случаи проявления различной степени выраженности отклонений микроамплитудных альтераций в сторону отклонений от нормы встречается тем чаще, чем сильнее выражен уровень влияния автономного контура регуляции на сердечный ритм. Это связано с тем, что особенности электрической активности правого предсердия во многом определяются активностью расположенного здесь синусового узла и воздействием на него главным образом парасимпатического отдела ВНС через волокна блуждающего нерва [12]. Нарушения в функции ритмовождения могут спровоцировать временные или стойкие изменения собственно пейсмекерного автоматизма и низлежащих структур проводящей системы сердца. Вероятно, наблюдаемые изменения по показателю G9 являются отражением компенсаторных реакций миокарда при отклонениях от нормы в деполяризации предсердий. Как отмечается авторами [2, 9], стабильное увеличение показателя G9 в последовательных обследованиях является ранним признаком устойчивых нарушений процесса деполяризации миокарда, но не достигшим клинического проявления (отсутствие ЭхоКГ-признаков), что может наблюдаться как при гипертрофии, так и при ишемии миокарда левого желудочка. Поэтому в случаях больших отклонений от нулевых значений G9 (5 усл. ед. и более) необходим индивидуальный контроль динамики возникшего признака в сочетании с другими показателями дисперсионного картирования сердца и ВСР для последующего уточнения диагноза. Таким образом, в заключение необходимо отметить, что среди практически здоровых волонтеров с автономным типом вегетативной регуляции выявлены лица с различным уровнем изменений в функциональной деятельности миокарда, которые в ряде случаев можно оценивать как начальные стадии функциональных нарушений и даже патологических процессов. Во 2-й группе у волонтеров с выраженным влиянием автономного контура регуляции на сердечный ритм такие процессы встречаются наиболее часто и проявляются в показателях «Миокард», «Ритм» и G1-G2 и G9. Также у этих обследуемых отмечаются выраженные отклонения от физиологических диапазонов показателей ВСР, предложенных нами ранее для молодых жителей Магаданской области [11]. Отметим, что ненулевые значения дисперсионных характеристик, указывающие на признаки возможных патологических отклонений в процессах де- и реполяризации миокарда, выявлены у волонтеров не только во 2-й группе, но и у лиц из 1-й группы. Это требует в скрининговых и мониторных профилактических осмотрах подростков и юношей с преобладанием автономной регуляции, считающихся на этой основе лицами с высокими функциональными возможностями, внимательного индивидуального контроля за динамикой их состояния здоровья, особенно если их жизнедеятельность протекает в экстремальных природно-климатических условиях.

About the authors

A N Loskutova

Scientific Research Center "Arktika" Fareastern Branch Russian Academy of Sciences

Email: arktika@online.magadan.su

A L Maksimov

Scientific Research Center "Arktika" Fareastern Branch Russian Academy of Sciences

References

Supplementary files