WHAT DOES THE SPECTRAL ANALYSIS OF VARIABILITY OF CARDIAC RHYTHM REVEAL

Full Text

Актуальность. В последнее время во многих областях медицины широко применяется спектральный анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР), при помощи которого исследователи пытаются выявить центральные нервные механизмы управления сердечной деятельностью [1, 2, 4, 5, 7, 8, 12, 13, 14]. В связи с неинвазивностью и оперативностью получения данных спектральный анализ (СА) является весьма перспективным, однако более широкое внедрение его в клиническую практику тормозится наличием ряда нерешенных вопросов как методического, так и теоретического характера. Во-первых, пока не известны мозговые структуры, ответственные за генерацию длинноволновых колебаний ( LF и VLF) и их функция в организме [2, 12], во-вторых, при изменении процедуры подсчета мощностей отдельных участков спектра результаты могут меняться на противоположные [12], в-третьих, пока еще недостаточно изучены изменения СА при эмоциональных реакциях, хотя отдельные работы в этой области представляются весьма интересными [4, 5]. Все это требует, с одной стороны, получения дополнительных фактов в области СА, а, с другой, показывает необходимость построения теоретических моделей, которые бы удовлетворительно объясняли наблюдаемые в практике процессы изменения ВСР при различных состояниях организма. Материал и методы исследования. Измерение ВСР проводили у студенток (70 чел) в возрасте 18-20 лет, не имеющих существенных отклонений в состоянии здоровья. Параметры ВСР замерялись в спокойном состоянии и перед экзаменом. После предварительных исследований из более чем четырех десятков параметров, применяемых при анализе ВСР, были отобраны следующие показатели: AMo - амплитуда моды ряда кардиоинтервалов; SDNN- стандартное отклонение от средней длительности анализируемых интервалов; pNN50 - доля соседних кардиоинтервалов, которые различаются более чем на 50 мс; ИН - “индекс напряженности”; HF - мощность высокочастотной составляющей спектра; LF - мощность низкочастотной составляющей спектра; VLF - мощность сверхнизкочастотной составляющей спектра ( последние три показателя брались как в абсолютных значениях (мс2•1000), так и в нормированных единицах (в % от общей мощности спектра)). Помимо этого подсчитывался вегетативный индекс Кердо (ВИК). Результаты исследования и их обсуждение. Основные результаты СА, полученные при анализе ВСР в норме и в состоянии стресса, представлены в табл. 1. Таблица 1 Мощность частотных составляющих спектра Показатель HF LF VLF абс % абс % абс % Норма 1,80± 0,16 39,2± 2,0 1,35± 0,09 32,7± 1,5 0,79± 0,07 17,8± 1,0 Стресс 0,59± 0,06 24,1± 1,6 0,98± 0,09 39,4± 1,4 0,65± 0,09 24,0± 1,1 Из таблицы следует, что абсолютная мощность колебаний во всех диапазонах спектра при стрессе падает, а изменение относительных величин отдельных спектральных составляющих носит разнонаправленный характер. Так, вклад дыхательных (HF) волн в суммарный эффект колебаний сердечного ритма уменьшается, однако вклад составляющих с большей длиной волны спектра (LF и VLF) возрастает. Уменьшение как относительной, так и абсолютной мощности HF волн вполне укладывается в существующие представления о системе регуляции сердечной деятельности, чего нельзя сказать о длинноволновой части спектра. Согласно общепризнанным взглядам интенсивность дыхательных волн (частоты от 0,4 до 0,15Гц) отражает активность ядра блуждающего нерва [1, 2, 12, 13, 14], поэтому в состоянии стресса, когда баланс в вегетативной системе сдвигается в сторону симпатического отдела, активность блуждающего нерва, как и других компонентов парасимпатического отдела, падает. В наших исследованиях мощность HF составляющей спектра в абсолютных единицах у студенток перед экзаменами снижалась на 67%, а в относительных единицах - на 31%. Природа более длинноволновой части спектра ВСР - LF волн (“вазомоторных волн”, “волн Майера”, “волн Геринга” и пр.) остается неясной. Чаще всего колебания ВСР в этом частотном диапазоне связывают с изменением тонуса симпатической нервной системы [1, 13]. В то же время, отдельные исследователи связывают эти колебания с функцией барорецепторов [7], с петлей обратной связи в системе регуляции кровяного давления [9], с сосудистыми эффектами [10] и пр. Существует мнение, что этот параметр отражает суммарный эффект центральной регуляции, включающей в себя как высшие симпатические, так и парасимпатические влияния на ритм сердца [7, 12]. По данным наших исследований, мощность LF - диапазона, измеренная в абсолютных единицах перед экзаменом уменьшалась на 27%, а при измерении в относительных единицах отмечался прирост интенсивности этих волн на 40%. Такая парадоксальная, на первый взгляд, картина наблюдалась и другими исследователями, что было отмечено Специальной Комиссией Европейского Кардиологического общества и Североамериканского общества электрофизиологии [12]. Как указано в докладе комиссии, измерения суммарной мощности в абсолютных единицах ( в мс2 ) и в нормированных единицах (в %) дают прямо противоположную картину. Это не позволяет однозначно ответить на вопрос, какие отделы в ЦНС - симпатические или парасимпатические ответственны за генерацию этих колебаний. В наших исследованиях ( в состоянии относительного покоя) коэффициент корреляции между абсолютной мощностью LF участка спектра и ИН был отрицательным: r =-0,53, а между LF и SDNN - положительным: r =+0,62. В состоянии эмоционального стресса эти коэффициенты равнялись -0,54 и +0,83 соответственно (р< 0,001). Поскольку общепризнанно, что индекс напряжения отражает активность симпатического звена регуляции, а среднее квадратичное отклонение ВСР - активность парасимпатического звена [1], то, исходя из этих результатов, можно предположить, что LF колебания отражают активность парасимпатического отдела, особенно в состоянии эмоционального стресса. Однако, если подсчитывать величину LF колебаний в относительных единицах ( в процентах от общей мощности спектра), то картина меняется на прямо противоположную. В состоянии относительного покоя активность LF участка спектра положительно коррелировала с показателем ИН (r =+0,24; р< 0,05), и отрицательно - с показателем SDNN (r=+0,37; р< 0,01). Для уточнения этого вопроса мы подсчитали коэффициенты корреляции между уровнем LF колебаний и вегетативным индексом Кердо, величина которого пропорциональна активности симпатической системы. При подсчете в абсолютных величинах коэффициент корреляции был отрицательным, а при подсчете в процентах - положительным, что также не дает возможности сделать однозначный вывод о принадлежности мозговых структур, генерирующих LF колебания, к одному из отделов вегетативной нервной системы, так как при 5-минутной регистрации кардиоинтервалов нормированная оценка отражает соотношение активности нервных центров, генерирующих LF и HF колебания. Тогда вышеописанные данные означают следующее: увеличение относительной мощности LF волн во время эмоционального возбуждения показывает ослабление при стрессе активности ядра блуждающего нерва. В то же время достаточно тесная корреляция абсолютной мощности LF колебаний с такими показателями парасимпатической системы, как SDNN, pNN50, RMSSD свидетельствуют скорее о принадлежности гипотетического LF генератора к парасимпатическому отделу вегетативной нервной системы. Еще менее изученными являются медленные волны 2-го порядка (VLF), которые относят к сверхнизкочастотной составляющей спектра (0,04-0,015 Гц). Происхождение их неясно. Предполагается связь VLF-колебаний с терморегуляцией, которая реализуется через изменение кровотока [17, 18] или с вазомоторной активностью более высокого, нежели LF волны [16]. Согласно предположению некоторых отечественных авторов, VLF колебания могут служить маркером активации церебральных эрготропных систем и являются вегетативным коррелятом тревоги [4]. Ввиду несомненной теоретической и прикладной важности последнего предположения имеет смысл остановиться на нем особо. При этом необходимо отметить две имеющиеся проблемы методического характера, которые не дают возможность однозначно связывать VLF колебания с тревогой: способ измерения мощность VLF волн и принципы определения такого весьма субъективного состояния, каким является тревога. По первому пункту ситуация с VLF колебаниями аналогична таковой с вазомоторными волнами: при тревоге и стрессе при нормированном измерении наблюдается их прирост, а при измерении абсолютной мощности - уменьшение интенсивности. По второму пункту проблема состоит в том, что существует много вариантов тестов на тревожность, каждый из которых по-разному отражает вегетативные компоненты тревожного состояния. Например, шкала Гамильтона [11] не разделяет симпатические и парасимпатические проявления тревоги: в ней рядом стоят такие противоположные по механизму явления, как “покраснение кожных покровов”, “бледность кожных покровов”, “повышенный мышечный тонус”, “ощущение удушья”, “метеоризм” и т.д. По шкале Цунга [15], предназначенной для самооценки тревоги, одинаково высокий балл могут набрать субъекты с повышенной активностью обоих отделов вегетативной нервной системы, так как там пункты “У меня бывает ощущение учащенного сердцебиения” (симпатика) стоят рядом с пунктами “У меня бывают приступы слабости” или “Частые позывы на мочеиспускание” (парасимпатика). Понятно, что оцененная по таким шкалам тревога может включать в себя проявление как симпатических, так и парасимпатических компонентов, и в этом случае корреляция между VLF волнами и физиологическими проявлениями тревоги становится затруднительной. Помимо чисто методической, здесь имеется и теоретическая проблема, состоящая в том, что страх и тревога могут у разных субъектов запускать как стенические, так и астенические реакции [6], что при “валовой” статистической обработке приводит к “смазыванию” общей картины и затрудняет поиск физиологических коррелятов тревоги. Поэтому, чтобы исключить неоднозначно трактуемые вегетативные компоненты, мы в своем исследовании остановились на шкале Спилбергера, определяющей уровень ситуативной тревожности исходя из субъективного психологического состояния испытуемых [3]. При этом мощность участка спектра, измеренная в абсолютных величинах в покое отрицательно коррелировала с ситуативной тревожностью (r =-0,27; р< 0,05) и с ВИК (r =-0,34; р< 0,01), а при измерении в процентах корреляция практически отсутствовала. В состоянии стресса корреляция VLF волн с ВИК сохранялась и даже несколько возрастала (r =-0,40; р<0,001), а связь с тревожностью практически исчезала (r =-0,12; р>0,05). Связь VLF волн с другими показателями ВСР показана в табл.2. Таблица 2 Коэффициенты корреляции между показателями вариабельности сердечного ритма Состояние НОРМА СТРЕСС Показатель VLF(мс2), VLF(мс2), AMo -0,60*** -0,62*** ИН -0,56*** -0,43** * - р<0,05 ВИК -0,34* -0,40** ** - р<0,01 pNN50 +0,42** +0,56*** ***- р<0,001 SDNN +0,68*** +0,80*** Как видно из таблицы, мощность VLF волн положительно коррелирует с показателями, отражающими активность парасимпатической системы, и отрицательно - с показателями, характерными для симпатической активации. Кроме того, ранее было показано, что мощность VLF волн в состоянии стресса положительно коррелировала с уровнем фрустрации у студентов [5], а это состояние обычно связывают с преобладанием вагусных влияний. К настоящему времени в отечественной литературе сложилось мнение, что в условиях стресса управление сердечным ритмом переходит к вышележащим нервным центрам [1], однако падение при стрессе абсолютной мощности всех составляющих спектра ВСР может свидетельствовать об обратном. С биологических позиций, когда в состоянии стресса все системы организма подчинены достижению жизненно важной цели, требования, предъявляемые к сердцу, наоборот, упрощаются: оно должно лишь развить максимальную производительность. При этом влияние симпатических нервов приводит к выравниванию ритма сердца, что сопровождается ростом таких показателей, как AМo и ИН. А роль высших центров, генерирующих LF и VLF волны, должна сводится не к усилению эрготропных влияний, как это предполагают некоторые исследователи [4], а к созданию более экономичного режима работы, что скорее соответствует целям парасимпатической системы. Наблюдаемый при стрессе сдвиг максимумов всех участков спектра в длинноволновую область может свидетельствовать об увеличении времени, необходимого нервным центрам для анализа поступающей информации в новых условиях, ее оценки и выработки управляющих команд. Выводы. В состоянии стресса происходит уменьшение влияний высших нервных центров на ВСР, что выражается в падении абсолютной мощности спектра. При этом роль вышележащих нервных структур, влияющих на сердечный ритм заключается, скорее всего, в поддержании гомеостаза в более сложных условиях и соответствует задачам парасимпатического отдела вегетативной нервной системы.

About the authors

G V Scherbatych

References