Кусакина А.Д., Смыслов И.А., Ильина Н.Л.
ВАРИАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ СЕРДЕЧНОГО РИТМА: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ И РЕАЛИЗАЦИЯ В ПРОГРАММНО-АППАРАТНОМ КОМПЛЕКСЕ «ОМЕГА-М» *
Аннотация:
в статье представлен обзор метода вариационного анализа сердечного ритма (ВСР), его теоретических основ и практической реализации в контексте оценки функционального состояния организма. Подробно рассмотрены основные методы ВСР, включая статистический анализ, спектральный анализ, геометрический анализ (гистограммы), автокорреляционный анализ и вариационную пульсометрию (по Р.М. Баевскому). На основе анализа литературных данных, в частности, трудов Р.М. Баевского, продемонстрирована взаимосвязь между различными показателями ВСР и адаптационными возможностями организма, описаны методы расчета адаптационного потенциала с использованием принципов золотого сечения. Рассмотрены принципы построения графиков и интерпретация ключевых параметров, характеризующих каждый из методов.
Ключевые слова:
вариабельность, сердечный ритм, анализ, адаптационный потенциал, вегетативная регуляция, функциональные резервы, ОМЕГА-М
Вариабельность сердечного ритма – это физиологический гомеостатический процесс функциональной системы кислородообеспечения, заключающийся в изменении собственной ритмической активности синусового узла в ответ на действие комплекса нервных и гуморально-метаболических факторов.ВСР показывает изменения временных промежутков между ударами сердца, которые также известны как R-R интервалы или интервалы между сердечными сокращениями. Эти временные промежутки не являются постоянными, они варьируются от удара к удару, отсюда и название — вариабельность сердечного ритма [1].Научно-теоретическая основа метода.Сердце – высокочувствительный инструмент для считывания изменений в организме, а конкретно — в регуляторных системах. Они выполняют функцию слежения за состоянием всех нижележащих систем и органов, их взаимодействием и за соблюдением равновесия между организмом и средой. Получается своеобразная иерархия, где каждый высший сегмент отвечает за несколько нижних, а на верхушке располагается вариабельность сердца, дающая оценку о состоянии человека.Механизм регуляции сердечного ритма рассматривается через двухконтурную модель, основанную на кибернетическом подходе, при котором система управления синусовым узлом (место генерации электрических возбуждений сердца) представляется в виде двух взаимосвязанных контуров: центрального и автономного, управляющего и управляемого с каналами прямой и обратной связи. Данная модель изображена в виде схемы ниже и теперь ее можно рассмотреть в более полном и понятном формате.Рис. 1. Контуры регуляции.На ней изображены центральный контур, включающий три уровня (А, Б и В) и автономный контур, включающий в себя блуждающие нервы и их ядра в продолговатом мозге, но больше нас интересует синусовый узел. Центральный контур является высшим, от него зависит работа автономного, органы которого являются рабочими и управляются высшими отделами механизма регуляции.В центральном контуре заключаются все те «этажи» нейрогуморального управления физиологическими функциями от подкорковых центров продолговатого мозга до гипоталамо-гипофизарного уровня вегетативной регуляции и уровня корковых влияний на вегетативные функции, которые влияют на автономный контур и в последствии на ВСР.Его легче рассмотреть в виде уровней, как изображено на схеме. Нужно оговориться, что эти уровни заключают в себе не столько анатомическое строение систем, сколько функции, которые они выполняют.Начнем их рассматривание изнутри наружу (от В к А).Уровень В – это уровень обеспечения внутрисистемного гомеостаза, в частности в кардиореспираторной системе. Здесь ведущую роль играют подкорковые нервные центры, в особенности вазомоторный центр как часть подкоркового сердечно-сосудистого центра, оказывающего стимулирующее и ингибиторное действие на сердце через волокна симпатических нервов.Уровень Б – это уровень, осуществляющий уравновешивание различных систем организма между собой и обеспечение межсистемного гомеостаза. Основное участие в работе этого уровня управления принимают высшие вегетативные центры (в том числе гипоталамо-гипофизарная система), обеспечивающие гормонально-вегетативный гомеостаз.Уровень А – это уровень, отвечающий за организацию взаимодействия организма с внешней средой (адаптационная деятельность организма). К этому уровню относится центральная нервная система, включая корковые механизмы регуляции, координирующая функциональную деятельность всех систем организма в соответствии с воздействием факторов внешней среды.Все уровни центрального контура связаны и взаимодействуют между собой через прямую и обратную связи, после чего импульс поступает в автономный контур, с которого мы уже можем считать изменения, произошедшие в вышележащих областях механизма регуляции сердечного ритма.Внутри этой схемы существуют еще два важных фактора – это синусовая дыхательная и недыхательная аритмии.Синусовая дыхательная аритмия — это состояние, при котором наблюдается увеличение частоты сердечных сокращений во время вдоха и их замедление во время выдоха. Считается, что это происходит из-за особенностей работы вегетативной регуляции. В момент вдоха из-за кровенаполнения предсердий и срабатывания рефлекса Бейнбриджа миокард сокращается чаще, а во время выдоха активизируется блуждающий нерв, который урежает сердцебиение.Синусовая недыхательная аритмия — это вторая форма синусовой аритмии, которая не зависит от дыхательных актов. Про обе аритмии известно немного, но они являются одними из факторов механизма регуляции, которые говорят об определенной норме или не норме разных возрастных групп при обследовании [2].Адаптационный потенциал по Р.М. Баевскому. В 1997 году Р.М. Баевский и А.П. Берсенева выдвинули концепцию адаптационного потенциала, которая основывается на анализе показателей сердечно-сосудистой системы, антропометрических параметров и возраста испытуемых. Оценка адаптационного потенциала сердечно-сосудистой системы построена на математическом принципе золотого сечения [3].Золотая пропорция выражается математическим уравнением, результатом которого является иррациональное число 1,61803398875. В современном понимании к числу золотой пропорции относят бесконечную последовательность чисел: 0,618, 1,618, 2,618, 3,618 и так далее.Золотые пропорции проявляются в анатомических и физиологических параметрах, характерных для гармонично развитых людей, пребывающих в состоянии равновесия. Такая закономерность наблюдается в соотношении систолического и диастолического артериального давления, пульсового к диастолическому, в пропорции интервала QT к TQ на ЭКГ, а также в отношении резервного объема выдоха к резервному объему вдоха.Адаптационный потенциал рассчитывается по формуле:АП=0,011×ЧСС+0,014×АДс+0,008×АДд+0,014×В+0,009×МТ-0,009×Р-0,27, где: ЧСС – частота сердечных сокращений в минуту, АДс – систолическое артериальное давление (мм рт. ст.), АДд – диастолическое артериальное давление (мм рт. ст.), В – возраст в годах, МТ – масса тела в кг, Р – длина тела в см. Полученный в баллах результат соответствует определенной степени адаптированности организма: <2,6 – удовлетворительная адаптация, 2,6 – 3,09 – напряжение механизмов адаптации, 3,10 – 3,6 – неудовлетворительная адаптация, >3,6 – срыв адаптации.Вариационный анализ ритмов сердца в программно-аппаратном комплексе «ОМЕГА-М».Чтобы оценить показатели вегетативной регуляции, регистрируется временной ряд интервалов R-R электрокардиограммы. Программно-аппаратный комплекс «ОМЕГА-М» математически обрабатывает полученный динамический ряд значений. Для оценки вегетативной регуляции человека при помощи аппаратного комплекса «ОМЕГА-М» используются следующие методы анализа вариабельности сердечного ритма [4]:I.Статистический анализII.Спектральный анализIII.Геометрический (анализ гистограммы)IV.Автокорреляционный анализV.Вариационная пульсометрия (по Р.М. Баевскому)IВ рамках статистического анализа кардиоинтервалограмма рассматривается как последовательность интервалов R-R, представляющих собой временные промежутки между сердечными сокращениями [5].Ритмограмма — это представление последовательности R-R интервалов в виде графика, на котором по вертикальной оси отображается продолжительность сердечного цикла (в секундах), а по горизонтальной — номер кардиоцикла, что позволяет анализировать зависимость длительности R-R интервала от номера цикла измерения [6].Статистический анализ основан на подсчете изменений длительности последовательных R-R интервалов между нормальными синусовыми комплексами QRS (т.е. исключаются экстрасистолы) с вычислением различных коэффициентов и показателей. Данные интервалы обозначаются как N-N (normal-normal) [7].Статистические характеристики динамического ряда кардиоинтервалов включают следующие показатели:Таблица 1. Статистические показатели ВСР.IIСпектральный анализ ВСР выявляет разнообразные частотные компоненты сердечного ритма, определяет так называемую спектральную мощность колебаний и дает возможность отобразить графически взаимосвязь между различными компонентами сердечного ритма, отражающими активность отдельных звеньев регуляторного механизма [8].Спектральный анализ применяет физическое превращение колебаний сердечного ритма в простые гармонические волны заданной частоты при помощи быстрого преобразования Фурье [9].Алгоритм строится на предположении, что изучаемые процессы (сигналы) можно представить как сумму синусоидальных и/или косинусоидальных колебаний (гармоник), характеризующимися тремя ключевыми параметрами: величиной амплитуды, начальным положением фазы и частотой. График, отображающий амплитуду и фазу каждой гармоники в зависимости от ее частоты, называется спектром [9].В норме верхний край ритмограммы неровный, по нему проводится огибающая кривая, которая называется функцией вариации ритма. Она образована тремя типами волн с разными частотными характеристиками: высокочастотными колебаниями (HF), низкочастотными колебаниями (LF) и очень низкочастотными колебаниями (VLF). Данная кривая раскладывается на составляющие соответственно по преобразованию Фурье, которое дает возможность получить спектры изменяемости интервалов R-R [10].Таким образом, последовательность интервалов R-R преобразуется в спектр мощности колебаний их длительности, представляющих собой последовательность частот (в Гц), при этом полагается, что эти колебания носят гармонический характер, обусловленный физиологической природой процессов регуляции сердечного ритма [11].При коротких записях кардиограммы выделяют три основных спектральных составляющих. Это дыхательные волны и медленные волны 1-го и 2-го порядка. На спектрограмме их присутствие проявляется в виде пиков [6].Для обозначения соответствующих спектральных компонентов были введены термины "высокочастотные" — HF (дыхательные волны) - от 0,4 до 0,15 Гц (2,5–6,5 секунд), "низкочастотные" — LF (медленные волны 1-го порядка) – от 0,15 до 0,04 Гц (6,5–25 секунд), и "очень низкочастотные" — VLF (медленные волны 2-го порядка) – от 0,04 до 0,003 Гц (25–33 секунд) [12].Разночастотные составляющие спектра измеряются в абсолютных единицах мощности (см2), и помимо этого LF и HF могут быть дополнительно выражены в нормализованных единицах, которые демонстрируют относительный вклад каждого из компонентов в пропорции к общей мощности, исключая VLF [11].Для оценки используется спектральная мощность колебаний, включающая общую мощность спектра, а также мощности в диапазонах высоких, низких и очень низких частот. При этом определяется площадь, ограниченная кривой спектральной мощности, соответствующая некоторому определенному диапазону частот [13].Таблица 2. Спектральные показатели ВСР.IIIК геометрическим методам анализа ВСР относится вариационная пульсометрия. Для получения закона распределения кардиоинтервалов строится кривая распределения — гистограмма [14].Гистограмма – это графическое представление сгруппированных значений сердечных интервалов, сформированное путем упорядочивания их по величине продолжительности [6].Для этого весь диапазон длительностей R-R-интервалов разбивается на временные отрезки одинаковой величины. По мере записи ЭКГ и измерения длительности интервалов между сердечными сокращениями вычисляется их количество, попадающее в каждый отрезок [1].В многолетней практике сложился традиционный подход к группировке RR-интервалов в диапазоне от 400 до 1300 мс. с интервалом в 50 мс. Таким образом, выделяются 20 фиксированных диапазонов длительностей кардиоинтервалов [1].В гистограмме высота столбцов отображает количество R-R интервалов, которые попадают во временной отрезок, соответствующий позиции данного столбца на временной шкале [13].Характеристики геометрического строения гистограммы пересчитываются в диагностические показатели ВСР:Таблица 3. Геометрические показатели ВСР.IVАнализ внутренней структуры динамического ряда кардиоинтервалов как случайного процесса также осуществляется посредством вычисления и построения его автокорреляционной функции [15].График строится по значениям ряда коэффициентов корреляции между исходным динамическим рядом RR-интервалов и новыми рядами, которые строятся по исходному путём его смещения на одно значение [1].Это означает, что при создании нового ряда данных исходный сдвигается ровно на одну позицию и после обрезается так, чтобы его длина совпадала с длиной сдвинутого (отбрасывается последнее значение).Коэффициенты корреляции рассчитываются по формуле:
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 3
Ссылка для цитирования:
Кусакина А.Д., Смыслов И.А., Ильина Н.Л. ВАРИАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ СЕРДЕЧНОГО РИТМА: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ И РЕАЛИЗАЦИЯ В ПРОГРАММНО-АППАРАТНОМ КОМПЛЕКСЕ «ОМЕГА-М» // Вестник науки №5 (86) том 3. С. 1913 - 1933. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23225 (дата обращения: 15.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+