Использование метода нелинейной динамики в оценке тяжести состояния больных ишемической болезнью сердца

Г. Г. Иванов, А.К.Колюцкий, А.С.Аксельрод, Б.А.Трегубов, М.Ю.Файез

Отдел кардиологии ММА им. И.М. Сеченова, кафедра госпитальной терапии РУДН

Анализ работ последних лет по различным аспектам изучения вариабельности сердечного ритма (ВСР) в норме и при различных заболеваниях показывает, что помимо классических методов анализа во временной и частотной области существует устойчивая тенденция и все больший интерес к изучению вариабельности сердечного ритма с позиций нелинейного анализа. Многообразные влияния на ВСР, включая нейрогуморальные механизмы высших вегетативных центров, обусловливают нелинейный характер изменений сердечного ритма, для описания которого требуется использование специальных методов. Для описания нелинейных свойств вариабельности применялись: сечение Пуанкаре, кластерный спектральный анализ, графики аттрактора, сингулярное разложение, экспонента Ляпунова, энтропия Холмогорова и др. Все эти методы в настоящее время представляют преимущественно исследовательский интерес и их практическое применение до конца не ясно и, как следствие, ограничено.

Вместе с тем появляется все больше доказательств обоснованности применения методов нелинейной динамики как при моделировании работы сердечно-сосудистой системы, так и для диагностики [1, 2, 3, 5, 6, 7].

Это обстоятельство обусловлено, отчасти, наличием обширного фактического материала, доказывающего с одной стороны обоснованность стандартов на обработку сердечного ритма, принятых рабочей группой Европейского общества кардиологии и Североамериканского общества кардиостимуляции и электрофизиологии в 1994 году, а с другой очевидными проблемами при клинической интерпретации получаемых результатов. Обычно при оценке вариабельности или сложности сердечного ритма применяется параметрическая статистика и спектральный анализ. Установлено, что до 85% в спектре мощности кардиоинтервалограммы составляют непериодические хаотические компоненты имеющие фрактальную природу. Поэтому в последнее время исследуются характеристики фрактальности сердечного ритма как возможного индикатора поведения независимых нелинейных осцилляторов принимающих участие в формировании сердечного ритма.

Как известно, ВСР отражает сложную многоуровневую и многоконтурную систему регуляции сердечным ритмом, при этом частота сердечных сокращений является интегральным параметром с медленными отклонениями вокруг своих средних значений ввиду непрерывной подстройки к текущему состоянию гомеостаза. На ритм сердца оказывают влияние центральная и вегетативная нервная система, дыхательные колебания, газовый состав крови и др. Все эти влияния относятся к стационарным, так как хотя и имеют колебания вокруг некоторых средних значений, оказывают непрерывное влияние на ритмическую деятельность. Их можно выделить в виде циклических колебаний RR интервалов.

Кроме того, на деятельность сердца оказывают влияние и преходящие факторы или их совокупность, возникающая при ряде ситуаций. Живой организм представляет собой сложную систему с множеством постоянно меняющихся переменных внутренних факторов и внешних воздействий на которые они реагируют. Это обуславливает постоянное присутствие переходных (адаптационных) нестационарных процессов. Их характеристики имеют точку отсчета и параметры зависят от начала отсчета. Поэтому понятно, что регистрация ЭКГ-сигнала в любой произвольный момент времени позволяет оценить только показатели ВСР в данный временной отрезок, но не охарактеризовать всю имеющуюся совокупность признаков при использовании временного и частотного анализа. В организме непрерывно протекают переходные процессы с различной постоянной времени.

Этот компонент может быть охарактеризован фрактальной размерностью временного ряда (FrD), которая, в определенном смысле, отражает сложность представленной группы данных и признаков (переходных процессов). Данное направление исследований, как нам представляется, имеет вполне определенный и значимый клинический интерес когда мы говорим о необходимости мониторного наблюдения, когда априорно присутствует большое число переходных процессов и необходимо оценить динамику изменений общерегуляторных процессов.

По данным литературы, изменение степени детерминированного хаоса в структуре ритма сердца связывается с повышенным риском внезапной сердечной смерти. Уменьшение значений FrD наблюдалось во время критических состояний у больных с выраженной сердечной недостаточностью, причем снижение сложности процесса изменения сердечного ритма коррелировало с нарастанием декомпенсации. У больных с сахарным диабетом отмечено достоверное снижение значений FrD по сравнению со здоровыми людьми и положительная корреляция снижения значений и степени вегетативной дисфункции.

Целью настоящего исследования явилось оценка возможностей использования принципов нелинейной динамики в оценке тяжести состояния больных различными формами ИБС.

Материал и методы.

Нами проведены предварительные исследования у 66 пациентов с различными формами ИБС, у которых мы проанализировали динамику изменений показателя FdR до и после проведения пробы с физической нагрузкой на тредмиле. Из них: 25 больных стенокардией, 22 больных постинфарктным кардиосклерозом (ПИКС) и 19 в подостром периоде инфаркта миокарда (ИМ) Контрольная группа представлена 26 условно здоровыми пациентами. Проводимая терапия в данной работе не учитывалась. Как показал проведенный предварительный анализ, изменения данного показателя изменялись как в сторону повышения после проведенной нагрузки так и снижения. Полученные результаты представлены в таблице.

Обсуждение.

Из приведенных результатов, пожалуй, в первую очередь обращает на себя внимание, что в контрольной группе при проведении стресс-теста увеличение показателя FdR наблюдалось в 31% случаев в то время как снижение - в 69% случаев. По мере нарастания тяжести обследованных групп больных частота типов реакции изменилась в обратном соотношении - в 72% увеличение в группе с инфарктом миокарда и 38% со снижением. Кроме того, отмечено (примерно в 10% случаев) отсутствие реакции после проведения теста, как правило при низких значениях показателя FdR.

Очевидно, данный показатель имеет свои определенные границы нормальных значений в пределах которых имеются индивидуальные колебания в том числе изменения в ответ на возмущающие воздействия. Вероятно, нет четко очерченного диапазона “нормальных” и ”патологических” значений, наверно большая выборка как больных, так и количества условно здоровых пациентов позволит разграничить данные значения.

В настоящее время в литературе достаточно узко представлены клинические исследования с аргументированной и репрезентативной выборкой, хотя, например, по мнению Gerutti S., несмотря на большую методологическую и вычислительную сложность в исследованиях очень полезно сравнивать результаты получаемые методами, основанными на линейной оценке ВСР и нелинейными [6]. Yambe T. и соавт. выявлена определенная периодичность нелинейной компоненты при Холтеровском мониторировании [5], имеются противоречивые данные о влиянии дыхания на данный показатель [2, 3]. Представлены данные о снижении нелинейной компоненты при гипертонической болезни в покое и отсутствие ответа при ортостатическом тесте, в то время как в контрольной группе имело место снижение [8]. Voss A и соавт. было отмечено, что методы основанные на принципах нелинейной динамики лучше выявляют пациентов с высоким риском ВСС [4].

Заключение. Как нам представляется, использование метода нелинейной динамики в анализе ВСР имеет свою точку приложения и область использования, которые надо аргументировано показать на достаточном клиническом материале. При этом важно точно очертить оптимальную область применения, возможности и ограничения метода с учетом очевидной необходимости соблюдения принципов доказательной медицины.

Список литературы

Kanters J.K., Hojgaard M.V., Agner E. Et al. Short- and long-term variations in non-linear dynamics of heart rate variability// Cardiovasc. Res.1996.Mar;31(3):400-409

Fortrat J.O, Yamamoto Y., Hughson R.L. Respiratory influences on non-linear dynamics of heart rate variability in humans.// Biol.Cybern. 1997.Jul;77(1):1-10.

Kanters J/K/. Hoggaard M.V., Agner E. Et al. Influence of forced respiration on nonlinear dynamics in heart rate variability.// Am.J.Physiol. 1977.Aprl;272 (4).Pt2.: R1149-1154.

Voss A., Kurths J., Klein H.J. et al. The application of methods of nonlinear dynamics for the improved and predictive recognition of patients threatened by sudden cardiac death.//Cardivasc.Res.1996 .Mar;31(3):419-433.

Yambe T., Nanka S., Kobayashi S. et al. Detection of cardiac function by fractal dimension analysis. Artif.Organs.1999.Aug;23(8):751-756.

Cerutti S., Carrault G., Cluitmans P.J. et al. Non-linear algorithms for processing biological signals. Comput.Methods Programs Biomed. 1996.Oct;51(1):51-73.

Curione M., Bernardini F., Cedrone L. Et al. The chaotic component of human heart rate variability shows a circadian periodicity as documented by the correlation dimension of the time-qualified sinusal R-R intervals. Clin.Ther.1998. Nov-Dec;149(6):409-412.

Kagiyama S., Tsukashima A., Abe I. Et al. Chaos and spectral analyses of heart rate variability during heart-up tilting in essential hypertension. J.Auton.Nevr.Syst.1999.May.28;76(2-3):153-158.