Койчубеков Б.К., Сорокина М.А., Коршуков И.В., Загретдинов Р.Р., Огизбаева А.В.

Карагандинский государственный медицинский университет

Прогнозирование риска возникновения желудочковой тахикардии и фибрилляции желудочков

Известно, что почти половина больных с сердечной недостаточностью (СН) умирают внезапно. Внезапная сердечная смерть (ВСС)- это смерть от кардиальной причины в пределах короткого периода времени (1 часа или менее) с момента развития симптомов без каких-либо предшествующих фатальных событий. Чаще всего предполагаемой причиной внезапной смерти считаются нарушения ритма сердца. ВСС возникает, в большинстве своем, в результате желудочковой тахикардии, трансформирующейся в фибрилляцию желудочков, либо в результате фибрилляции желудочков без предшествующей желудочковой тахикардии [1, 2].

Достаточно хорошо освещен обсуждаемый в течение длительного времени вклад вегетативной нервной системы в генез нарушений ритма сердца и внезапной сердечной смерти у больных ИБС, осложненной СН [3]. Несмотря на это, оценка вегетативной регуляции и поиск новых перспективных методов обследования в этой области остаются в настоящий момент одной из основных тем исследований в кардиологии [4].

Говоря о современных методах обследования, хочется отметить, что в течение последних лет появилось множество публикаций о неоспоримой значимости используемой сравнительно недавно методики определения вариабельности сердечного ритма (ВСР). Доказано, что ВСР отражает соотношения между блуждающим и симпатическим нервами и делает возможным количественную оценку активности компонентов ВНС. В единичных работах выделяются даже различные типы вегетативного тонуса (симпатический, парасимпатический, смешанный) у больных ИБС и показана их взаимосвязь с клинической картиной приступов стенокардии. При симпатико-тонических эпизодах ишемии миокарда продромальный период минимален по сравнению с приступами, протекающими по ваготоническому типу [5].

Целью нашего исследования явилось использование показателей скаттерограммы сердечного ритма для прогнозирования возникновения феноменов желудочковой тахикардии и фибрилляции желудочков.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В данной работе использовались ресурсы PhysioBank (physiologic signal archives for biomedical research, (http://physionet.org /physiobank/database):

- кардиоинтервалограммы 89 больных ИБС в фоне и в период, предшествующий желудочковой тахикардии

- кардиоинтервалограммы 24 больных ИБС в фоне и в период, предшествующий фибрилляции желудочков

По каждой кардиоинтервалограмме строилась скаттерограмма или, согласно принятой в зарубежной литературе терминологии, график Пуанкаре (Poincare plot analysis). Процедура построения скаттерограммы заключается в графическом отображении последовательных пар кардиоинтервалов (предыдущего и последующего) в двухмерной координатной плоскости. При этом по оси абсцисс откладывается величина R-Rn, а по оси ординат – величина Rn -Rn+1, т.е. используется временной ряд, сдвинутый относительно исходного на один R-R-интервал (лаг). Полученная таким образом область точек фактически является проекцией на плоскость фазовой траектории динамического ряда R-R-интервалов.

Чтобы характеризовать форму графика математически, большинство исследователей используют методику перехода к новой системе координат (х1 , х2) путем вращения координатных осей на угол θ = π/4 рад.

В новой системе координат вычисляется стандартное отклонение SD1 координат точек по оси х1 и стандартное отклонение SD2 координат точек по оси х2. SD1 отражает вариабельность сердечного ритма на коротких временных интервалах, а SD2 – за длительный период времени [6]..

Также вычислялись общая дисперсия кардиоинтервалов D, длина L, ширина w и площадь S скаттерограммы и отношение L/w. Все вычисления проводились c использованием компьютерной программы Puls.kz [7].

 

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Изменение скаттерограммы сердечного ритма при различных состояниях вегетативного баланса

Известно, что основное модулирующее влияние на сердечный ритм (СР) оказывает вегетативная нервная система, ее парасимпатический и симпатический отделы. На первом этапе перед нами стояла задача исследовать, как меняется скаттерограмма сердечного ритма при смещении вегетативного баланса в ту или иную сторону. Для этого нами было сформировано три группы лиц. В первой группе частота пульса составляла в среднем 53,3±0,3 уд/мин, т.е. регистрировалось состояние брадикардии как результат преимущественного влияния парасимпатического отдела ВНС. Во второй группе среднее значение ЧП равно 77,7±0,9 (нормокардия) и в третью группу вошли лица, у которых вегетативный баланс в регуляции СР сдвинут в сторону симпатического отдела, т.е. наблюдается тахикардия (108,8±1,9 уд/мин).

В таблице 1 представлены результаты расчета показателей скаттерограммы во всех трех группах.

 

Таблица 1 – Показатели скаттерорграммы у лиц с различным вегетативным балансом

 

брадикардия

нормокардия

тахикардия

 

n = 23

n = 52

n = 49

ЧСС, уд/мин

53,278±0,265*

77,700±0,901

108,828±1,882*

D, мс2

2657,438±487,83*1

684,526±46,110

394,852±47,866*

SD1, мс2

32,327±4,924*

10,739±0,431

7,081±0,522*

SD2, мс2

57,891±5,301*

33,854±1,310

24,580±1,295*

L, мс

231,563±21,203*

135,415±5,240

98,322±5,180*

W, мс

129,308±19,695*

42,955±1,724

28,323±2,089*

L/w

2,205±0,157*

3,287±0,134

3,751±0,173*

S, мс2

29320,040±6125,531*

4709,570±274,220

2507,670±377,998*

* статистически значимые различия (р<0,05) по сравнению с нормокардией (непараметрический критерий U-Мана-Уитни)

 

При нормокардии скаттерограмма представляет собой вытянутое вдоль биссектрисы облако – отношение длины эллипса к его ширине в среднем составляет 3,3±0,1 (рисунок 2Б). Подобный график является отражением синусовой аритмии или «дыхательной компоненты» в кардиоинтервалограмме.

Из приведенных данных видно, что смещение баланса в сторону парасимпатических влияний приводит к увеличению общей вариативности (дисперсии) сердечного ритма, скаттерограмма значительно увеличивается по площади в результате преимущественного увеличения ее ширины, о чем свидетельствует показатель L/w, который имеет значение 3,287±0,134 при нормокардии и 2,205±0,157 при брадикардии (р<0,05). Т.е. скаттерограмма по форме становится «шарообразной» (рисунок 2А). Вариативность в последовательности R-R-интервалов возрастает как на коротких (SD1), так и длительных (SD2) временных интервалах. В целом это приводит к увеличению «хаотичности» сердечного ритма.


 


Рисунок 1 – Скаттерограммы у лиц с брадикардией (А), нормокардией (Б) и тахикардией (В).

Обратная картина наблюдается в случае преимущественного влияния симпатического отдела ВНС. Скаттерограмма сужается как вдоль продольной, так и поперечной оси (рисунок 2В), в результате чего площадь, занимаемая ею, в среднем становится равной 2507,7±377,9 мс2 по сравнению с 4709,6±274,2 мс2 при нормокардии (р<0,05). Достоверно снижается вариативность кардиоритма как на коротких, так и на длительных временных интервалах, это приводит к снижению общей дисперсия (D) вариационного ряда R-R-интервалов. Такая скаттерограмма свидетельствует о стабилизации сердечного ритма.

 

Прогноз желудочковой фибрилляции

Вторая серия исследований была посвящена расчетам нелинейных характеристик сердечного ритма по кардиоинтервалограммам, записанным у больных с ишемической болезнью сердца, которая сопровождалась возникновением эпизодов желудочковой тахикардии и фибрилляции желудочков. Больные имели имплантируемые кардиостимуляторы с памятью, которые по специальной программе обнаруживали моменты возникновения этих эпизодов и хранили в памяти R-R-интервалы в предшествующем событиям периоде. Контрольная группа состояла из лиц, не имевших сердечной патологии (n = 30).

Анализировались:

-         фоновая КИГ у лиц с эпизодами желудочковой тахикардии (Ф-ЖТА);

-         кардиоинтервалограмма, предшествующая событию желудочковой тахикардии  (ЖТА);

-         фоновая КИГ у лиц с эпизодами фибрилляции желудочков (Ф-ЖФ);

-         КИГ, предшествующая событию фибрилляции желудочков (ЖФ);

-         КИГ лиц, не имевших патологии сердечно-сосудистой системы (К).

В таблице 2 приведены расчеты показателей скаттерограммы у лиц, подверженных угрозе возникновения фибрилляции.

 

 

Таблица 2 – Показатели скаттерограммы у лиц, подверженных угрозе возникновения фибрилляции желудочков

Состояние

Фоновая КИГ

Период, предшествующий

фибрилляции

Показатель

n = 24

n = 24

ЧСС, уд/мин

77,227±2,454

90,146±4,936*

D, мс2

5954,359±1387,999

7591,814±1855,273

SD1, мс2

26,137±4,987

50,269±9,086*

SD2, мс2

90,982±12,048

85,231±12,678

S мс2

39628,030±10244,110

72649,060±19277,470

L, мс

363,928±48,191

340,924±50,711

w, мс

104,547±19,947

201,076±36,344*

L/w

4,546±0,559

2,758±0,451*

* статистически значимые различия (р<0,05) по сравнению с фоном

(непараметрический критерий Т-Уилкоксона)

 

Если судить по частоте пульса, то в фоне она соответствует нормокардии, а в предшествующем периоде достигает в среднем 90,1±4,9 уд/мин, что может наблюдаться и у лиц без патологии со стороны сердечно-сосудистой системы. Т.е. этот показатель не может рассматриваться в качестве прогностического. На рисунке 3 представлена динамика показателей скаттерограммы.

 


Рисунок 2 – Динамика показателей скаттерограммы в период, предшествующий фибрилляции

Как видно из полученных данных в периоде, предшествующем событию фибрилляции, происходит общее увеличение площади скаттерограммы почти в два раза с 39628,0±10244,1 до 39628,0±10244,1мс2. Это происходит за счет роста поперечного радиуса «облака». Основные изменения связаны с дисперсией сердечного ритма на коротких временных интервалах – наблюдается статистически значимое увеличение показателя SD1 в среднем с 26,137±4,987 мс2 до 50,269±9,086 мс2  (р<0,05). В результате форма скаттерограммы вытягивается вдоль поперечной оси и отношение длины эллипса к его ширине (L/w) становится равным 2,758±0,451 по сравнению с 4,546±0,559 в фоне.

 

Прогноз желудочковой тахикардии

Динамика кардиоритма в периоде, предшествующем тахикардии имела несколько иной характер. Об этом свидетельствует анализ показателей скаттерограммы, приведенных в таблице 3.

 

Таблица 3 - Показатели скаттерограммы у лиц, подверженных угрозе возникновения желудочковой тахикардии

Состояние

Фоновая КИГ

Период, предшествующий

тахикардии

Показатель

n = 89

n = 89

ЧСС, уд/мин

75,2±1,4

86,5±1,8*

D, мс2

4362,5±505,6

7810,8±1169,6*

SD1, мс2

29,1±2,3

49,0±4,3*

SD2, мс2

73,0±4,8

87,1±7,2

S мс2

31295,9±3592,9

65493,9±9424,2*

 L, мс

292,2±19,5

348,6±28,9

w, мс

116,4±9,4

196,0±17,3*

L/w

3,5±0,3

2,9±0,3

* статистически значимые различия (р<0,05) по сравнению с фоном

(непараметрический критерий Т-Уилкоксона)

 

В этом случае также наблюдается почти двукратное увеличение площади скаттерограммы. Но происходит это за счет роста дисперсии R-R-интервалов как на коротких, так и на длительных интервалах времени. Значительно возрастает общая дисперсия D с 4362,5±505,6 до 7810,8±1169,6. При качественной оценке скаттерограммы это выражается в общем увеличении и длины и ширины облака, так что изменение отношения L/w статистически не значимо.

На рисунке 4 приведены скаттерограммы сердечного ритма человека без сердечной патологии (А), больного ИБС (Б) и его же скаттерограмма в период перед возникновением тахикардии (В).

 


Рисунок 3 – Скаттерограмма практически здорового (А), больного ИБС в фоне (Б), в период, предшествующий тахикардии (В)

 


Видно, что даже в фоне у больного «облако» занимает гораздо большую площадь, чем у здорового, хотя центр в обеих случаях находится в районе 600 мс (100 уд/мин). Перед событием тахикардии площадь скаттерограммы становится еще больше, увеличиваясь как по продольной, так и поперечной оси.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, скаттерограмма, построенная по вариационному ряду  R-R-интервалов, является геометрически отображением различных регуляторных влияний на сердечный ритм. В случае сохранения баланса между двумя отделами ВНС скаттерограмма представляет собой вытянутый по биссектрисе эллипс, свидетельствующий о наличии синусовой аритмии. Усиление тонуса парасимпатического отдела вегетативной нервной системы выражается в виде увеличения площади скаттерограммы вследствие роста дисперсии кардиоритма как на коротких, так и длительных интервалах времени. И, наоборот, симпатические влияния на сердечный ритм приводят к уменьшению общей площади геометрического «облака» как результат стабилизации ритма и укорочения R-R-интервалов (увеличения ЧСС).

В данной работе показано прогностическое значение метода скаттерографии по сердечному ритму при некоторых нарушениях сердечной деятельности. Так, в период, непосредственно предшествующий событиям желудочковой тахикардии и желудочковой фибрилляции происходит значительное, почти двукратное увеличение площади скатерограммы. Однако, есть и особенности этих событий.

В случае фибрилляции увеличение площади происходит преимущественно за счет роста вариативности кардиоритма на коротких временных интервалах, что приводит к увеличению ширины эллипса и снижению отношения L/w.

В случае тахикардии увеличение площади скаттерограммы происходит в результате роста дисперсии R-R-интервалов как на коротких, так и длительных интервалах времени, что приводит к увеличению и ширины и длины эллипса.

Нам не удалось разработать конкретный алгоритм прогноза угрожающих состояний с указанием каких-то конкретных пределов анализируемых показателей. Это связано в первую очередь с тем, что для «нормологических» исследований необходимы большие выборки, в чем мы были ограничены. Еще одна причина - то, что недостаточно были разработаны критерии включения и исключения в исследование тех или иных объектов. Однако, мы можем рекомендовать включить в алгоритм прогноза желудочковых фибрилляций сочетанный анализ показателей S и L/w, а в алгоритм прогноза желудочковой тахикардии сочетанный анализ показателей S, SD1, SD2.

 

Литература

1.           Бокерия Л.А., Голухова Е.З., Адамян М. Г. и соавт. Клинико-функциональные особенности желудочковых аритмий у больных ишемической болезнью сердца. // Кардиология. - 1998; - №10. – С. 17-24.

2.           Eckardt L., Haverkamp W., Johna R.et al. Arrhythmias in heart failure: current concepts of mechanisms and therapy // J Cardiovascular Electrophysiol. – 2000, - Vol.11. – Р.106-117.

3.           Bleske B.E. Evolution and pathophysiology of chronic systolic heart failure // Pharmacotherapy. – 2000, - Vol.20. – Р. 349-358.

4.           Cao J.M., Fishblin M.C., Ham J.B. et al. Relationship between regional cardiac hyperinnervation and ventricular arrhythmia // Curculation. – 2000, - Vol.25. – Р.1960-1969.

5.           Дзизинский А.А., Смирнова Ю.Ю., Белялов Ф.И. Оценка активности вегетативной нервной системы при приступе ишемии миокарда с помощью исследования вариабельности ритма. // Кардиология. – 1999, - №1. –Р. 34-37.

6.           Brennan M., Palaniswami M., Kamen P. Do Existing Measures of Poincaré Plot Geometry Reflect Nonlinear Features of Heart Rate Variability? // IEEE transactions on biomedical engineering/ - 2001. - Vol. 48, № 11. – P. 1342-1347.

7.           Койчубеков Б.К., Риклефс В.П. Программа Puls.KZ (свидетельство о регистрации объекта интеллектуальной собственности №131, выданное 26.04.2006).