Основная обработка R-R интервалов
Анализ ВСР во временной области (Time Domain Methods)
Программная обработка данных вариабельности сердечного ритма осуществляется с использованием временного анализа, частотного и автокорреляционного анализов. Анализ ВСР во временной области производится и статистическими и геометрическими методами.
Статистическими методами определяются следующие показатели:
среднее значение (Mean value):
 (мс),
|
(1)
|
где xn – значение n-го интервала, i=1,2,...,n, а n – общее количество учтенных кардиоинтервалов;
ЧСС или частота пульса (Heart Rate – HR):
 (в 1/мин.)
|
(2)
|
В физиологическом смысле ЧСС – это средний уровень функционирования сердечно-сосудистой системы. Н а Рисунок 7 приведены графики плотности распределения вероятностей ЧСС, построены по рядам кардиоинтервалов соответствующих возрастных групп от 1 года до 35 лет.
Графики показывают, что возрастные изменения разброса модальных значений R-R интервалов у обследуемых мальчиков и девочек в состоянии покоя в младших возрастных группах не различались. Начиная с подросткового возраста, наблюдается увеличение асимметрии распределения у мальчиков, достигая максимума к I периоду зрелого возраста (22-35 годам).
Рисунок 7. Возрастная динамика плотностей распределения ЧСС (А – мальчики, Б – девочки).
ЧП – это наиболее распространенный показатель. Доступность получения ЧП при занятиях спортом, физкультурой, фитнесом, шейпингом и т.д. позволяет контролировать нагрузку: пульс не в коем случае не должен превышать цифру, полученную следующим образом: ЧСС мах = 220 ударов/мин минус возраст. Здоровым людям, самостоятельно занимающихся оздоровительными бегом, плаваньем, ходьбой, любыми видами аэробики, шейпингом – следует заниматься в диапазоне 60-80% от максимальной частоты сердечных сокращений. Для повышения выносливости необходимо заниматься в рамках от 70-80% ЧСС мах. Тем, у кого проблемы со здоровьем рекомендовано заниматься при 50-60% от ЧСС мах. Пульс во время выполнения упражнения с тяжестями не должен превышать 85% от ЧСС мах. Последствия могут быть самыми негативными вплоть до инфаркта миокарда.
-
Дисперсию (D). Дисперсия приравнивается к своему выборочному (эмпирическому) значению и рассчитывается по формуле:
 (мс)2;
|
(3)
|
Среднеквадратическое отклонение (Standard Deviation – SD интервалов NN – SDNN), которое определяется как корень квадратный из дисперсии:
 (мс);
|
(4)
|
У обследуемых в возрастном диапазоне от 1 до 21 лет с увеличением возраста происходит усиление парасимпатических влияний, о чем свидетельствует возрастная динамика моды и медианы SDNN. Однако, в дальнейшем, значения моды и медианы снижаются, что можно объяснить увеличением симпатических влияний на кардиоритм вследствие роста массы тела. Вследствие этого, обнаружились выраженные различия между модальными и медианными значениями SDNN, что свидетельствует об асимметрии распределения этого показателя, мы приводим медианные значения SDNN соответствующие разным возрастным группам обследуемых. При этом было показано, что по приращениям медианных значений SDNN в % при переходе из младшей возрастной группы в старшую отсутствуют различия между мальчиками и девочками, хотя по абсолютным значениям этого показателя гендерные различия достаточно выражены. При этом в период полового созревания (при переходе из третьего в четвертый возрастной период) независимо от пола, темпы изменений SDNN останавливаются. По-видимому, и у мальчиков и у девочек возрастная динамика изменений SDNN отражает универсальные процессы регуляции кардиоритма не зависящие от половой принадлежности (Рисунок 8).
Рисунок 8. Возрастная динамика изменений SDNN
Обозначения: 1 – приращение медианных значений моды при переходе из возрастной группы 1-3 года в возрастную группу 4-7 лет, 2 – при переходе из группы 4-7 в группу 8-11; 3 – при переходе из группы 8-11 в группу 12-16; 4 – при переходе из группы 12-16 в группу 17-21; 5 – при переходе из группы 17-21 в группу 22-35 лет.
Вариационный размах вычисляется по разности (D - difference) максимального (Mx) и минимального (Mn) значений кардиоинтервалов и обозначается как (MxDMn):
Вариационный размах отражает степень вариативности значений кардиоинтервалов в исследуемом динамическом ряде. При аритмиях или артефактах, при таких вычислениях, могли быть допущены ошибки, если динамический ряд кардиоинтервалов не подвергся предварительному редактированию. Поэтому при вычислении MxDMn необходимо отбрасывать неномотопные кардиоинтервалы. Физиологический смысл MxDMn обычно связывают с активностью парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. При 5-ти минутном обследовании, при условии отсутствия переходных процессов, обычно, амплитуда дыхательных волн преобладает над амплитудой недыхательных колебаний сердечного ритма. Однако в ряде случаев, при значительной амплитуде медленноволновых составляющих, значения MxDMn в большей мере могут отражать состояние подкорковых нервных центров. На Рисунок 9 показана возрастная динамика изменений модальных значений максимального и минимального интервалов.
Рисунок 9. Возрастная динамика изменений модальных значений максимального и минимального интервалов
Геометрическими методами определяют:
Моду (Mo). Мода – наиболее вероятное значение R-R интервалов, соответствующее максимуму функции плотности их распределения.
Для вычисления Mo формируют график плотности распределения значений кардиоинтервалов. График плотности, в упрощенном варианте, представляет собой так называемую гистограмму, которая строится следующим образом: по оси абсцисс откладываются значения длительности кардиоинтервалов в секундах, по оси ординат – количество кардиоинтервалов в процентах, попавших в диапазоны (классы) шириной по 50 мс (0,05 с)1. Фиксированная ширина класса гистограммы позволяет сравнивать вариационные характеристики кардиоинтервалов различных пациентов, так как обеспечивает стандартную величину площади гистограммы. В самом деле – если все столбцы гистограммы поставить друг на друга, то получится один столбец, площадь которого равна произведению ширины класса (50 мс) на 100%. Эта площадь означает полную вероятность, или полную сумму кардиоинтервалов, она не может изменяться – у всех гистограмм площадь одинаковая, изменяться может только форма гистограммы. Современные компьютеры обеспечивают возможность рассчитывать эту форму более точно – в виде гладкой кривой, которая называется графиком плотности распределения.
Амплитуду моды (AMo). AMo – это максимальное значение функции плотности распределения R-R интервалов и в физиологическом смысле – это степень ригидности сердечного ритма на наиболее вероятном уровне функционирования сердечно-сосудистой системы. Она отражает стабилизирующий эффект централизации управления ритмом сердца, который обусловлен, в основном, степенью активации симпатического отдела вегетативной нервной системы. При выборе стандартного для методов анализа ВСР ширины класса гистограммы 50 мс для амплитуды моды вводится обозначение – AMo50.
По положению графика плотности на оси абсцисс можно диагностировать нормокардию, тахикардию (при учащении ритма сердца и соответственно укорочении длительности кардиоинтервалов) и брадикардию (при урежении ритма сердца с соответствующим удлинением кардиоинтервалов). Кроме того, по доверительным границам графика плотности уточняют вариационный размах (MxDMn), так как разность между наибольшей и наименьшей длительностями кардиоинтервалов может иметь существенную случайную погрешность. В западных работах вариационный размах обозначается как TINN (trangular interpolation of NN intervals), поскольку вычисляется по интерполирующему кривую плотности распределения треугольнику.
Указанные показатели (Мо, Амо50 и MxDMn) хорошо отражают взаимодействие симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы. При усилении тонуса симпатической системы график плотности (гистограмма) смещается влево (тахикардия), величины Mo и MxDMn (вариационный размах) уменьшаются, AMo50 (амплитуда моды) растет. Это обусловлено “мобилизующим” эффектом симпатических влияний. При этом значения кардиоинтервалов становятся более однотипными, разброс их значений уменьшается. В физиологическом смысле Mo – это наиболее вероятный уровень функционирования сердечно-сосудистой системы. При близком к нормальному распределении кардиоинтервалов Мо мало отличается от математического ожидания. Оба эти показателя функционально связаны с ЧСС. Возрастные изменения разброса модальных значений R-R интервалов у обследуемых мальчиков и девочек в состоянии покоя в младших возрастных группах не различались. Начиная с 8,11 лет (второе детство) обнаруживаются различия, связанные с подготовкой организма девочек к предстоящему пубертатному кризу и заключающиеся в стабилизации разброса модальных значений R-R интервалов (Mo) и в снижении темпов их увеличения у девочек по сравнению с мальчиками (Рисунок 10). Далее, после прохождения девочками пубертатного криза, по мере достижения девочками подросткового возраста, разброс Mo (ось ординат) догоняет уровень, достигнутый к подростковому возрасту мальчиками, однако абсолютные значения Mo (ось абсцисс), характеризующие общий уровень регуляции сердечно-сосудистой системы, продолжают отставать от достигнутого мальчиками уровня.
           
Рисунок 10. Зависимость разброса моды R-R интервалов (%) от ее абсолютных значений (мс) у обследуемых разного пола и возраста.
Примечание: Овалами обведены одинаковые возрастные группы мальчиков и девочек.
Далее, при достижении подростками юношеского возраста, разброс достигает своего максимума (у юношей до 45% от моды и у девушек до 40%). По мере приближения юношей и девушек к первому периоду зрелого возраста, наблюдается резкий спад разброса Mo до 30-35% у мужчин и до 25-27% у женщин, однако, у мужчин на фоне увеличения Mo, а у женщин – на фоне ее стабилизации.
По-видимому, эти различия связаны с особенностями возрастной динамики регуляции сердечно-сосудистой системы мужского и женского организмов, что является отражением более позднего развития механизмов центральной регуляции сердечной деятельности у мальчиков по сравнению с девушками.
Характер распределения модальных значений R-R интервалов также несколько менялся от нормального в возрастном периоде 1–16 лет до ассиметричного в возрастных группах 17-21 и, особенно, у мужчин в возрасте 22-35 лет. Последняя возрастная группа отличается своей неоднородностью. Кластер-анализ модальных значений R-R интервалов этой группы выделяет три класса: ваготоники Mo=990+26/-23 мс, нормотоники – Mo=871+52/-46 мс и симпатикотоники – Mo=696+38/-121 (отклонения указаны по точкам экстремальных градиентов плотности распределения).
Симпатический отдел вегетативной нервной системы, ответственный за экстренную мобилизацию энергетических и метаболических ресурсов, является составным элементом гипоталамо-гипофизарно-адренокортикотропной системы, реализующей ответ организма на стрессорное воздействие. При любых видах стресса он активируется через нервные и гуморальные каналы. Важная роль при этом принадлежит центральной нервной системе (ЦНС), которая координирует и направляет все процессы в организме. Здоровый организм, обладая достаточным запасом функциональных возможностей, отвечает на стрессорное воздействие обычным, нормальным, так называемым рабочим напряжением регуляторных механизмов. Вместе с тем, если человек не имеет достаточных функциональных резервов, даже в условиях покоя, напряжение регуляторных систем может быть высоким. Это выражается, в частности, в высокой стабильности сердечного ритма, отражающей повышение тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы в ответ на стрессорное воздействие. Степень влияния этого воздействия можно оценить по индексу напряжения регуляторных систем (Ин) Баевского или стресс-индексу (SI):
 ,
|
(6)
|
SI – это один из наиболее употребительных показателей. Он получил широкое применение в спортивной медицине, физиологии труда, космических исследованиях, а также в клинике. Величина SI у взрослых в норме колеблется в пределах от 50 до 150 условных единиц. При эмоциональном стрессе и физической работе у здоровых людей значения SI увеличиваются до 300-500 единиц, а у людей старшего возраста со сниженными резервами такие значения наблюдаются даже в покое. При наличии стенокардии SI достигает 600-700 единиц, а в предынфарктном состоянии даже 900-1100 единиц [45].
Колебания величины SI у людей в различных состояниях носят существенно нелинейный характер, при возрастании уровня стресса этот показатель начинает возрастать во все большем масштабе (см. Рисунок 11).
Рисунок 11. Полигон частот – эмпирический аналог функции распределения индекса напряжения регуляторных систем (ИН) или стресс-индекса (SI).
Примечание. Индекс напряжения регуляторных систем (ИН) или стресс-индекс (SI) по Баевскому имеет логонормальное распределение.
Как видно из Рисунок 11 – характер распределения SI слишком далек от Гаусовского, он больше похож на логарифмическую функцию. К сожалению, столь разительные отличия от нормального закона приводят к тому, что в научных исследованиях невозможно применять даже самые распространенные статистические оценки изменений показателя SI. В частности, среднее значение (M) далеко отстоит от модального и не характеризует наиболее вероятное значение; теряет смысл и среднее квадратическое отклонение (σ), поскольку при нормальном законе оно характеризует максимальный
|
