экзамен / Билеты по синергетике

Изменение разности потенциалов, возникающих на поверхности тела при возбуждении сердца, записываются с помощью различных систем отведений. Каждое отведение состоит из пары электродов подсоединенных: один к положительному, другой к отрицательному полюсу входа усилителя электрокардиографа. Так регистрируется разность потенциалов, существующая между двумя определенными точками электрического поля сердца, в которых установлены электроды. В связи с тем, что многочисленные способы расстановки электродов могут привести к сложностям взаимопонимания врачей в трактовке ЭКГ, в международную клиническую практику была введена наиболее часто используемая система 12 отведений, состоящая из трех стандартных отведений, трех усиленных однополюсных от конечностей и шести грудных отведений.

213

называют ритмограммой

Вариабельность сердечного ритма (ВСР, в зарубежной литературе heart rate variability – HRV) - одно из фундаментальных физиологических свойств нашего организма. Эта характеристика с большой точностью отражает не только основные черты функционирования сердечно сосудистой системы (ССС), но и является показателем состояния многих регуляторных процессов во всем нашем организме. Информация, анализируемая с помощью ВСР представляет неоценимую помощь для диагностики, прогнозирования, лечения и предупреждения многих болезней.

На протяжении многих лет понятие вариабельности сердечного ритма претерпело значительное изменение. Ранее под вариабельностью сердечного ритма понимали изменение периода сердечных сокращений RRn в последовательности n 0,1,2..N 1 сердечных циклов в покое или при квазистационарных нагрузке для различных положений тела человека.

214

Рис. С4. Регистрация сигнала электрокардиограммы в 12 стандартных отведениях: I,II,III – 3 стандартных канала, aVR, aVL, aVF - усиленные отведения от конечностей, (от англ. augmented - усиленный; right - правый, left - левый, foot - нога), V1,V2,V3,V4,V5,V6 – шесть грудных отведений. Различные стандартизированные схемы наложения электродов, при которых датчики ЭКГ сигнала закрепляются на конечностях и в области грудной клетки, можно узнать в любом учебнике по кардиологии. Приведенный вид кардиограммы измерен с помощью кардиографа «Поли – Спектр - 12» (сайт компании «Нейрософт» http://www.neurosoft.ru/rus/product/ps12.htm ).

В настоящее время под ВСР – понимают совокупность всех свойств изменчивости мгновенного периода сердечных сокращений. ВСР находит все более широкое применение в медицинской практике, причем бум исследований ритмов сердца приходится именно на последние годы. Более того, в клинику внедряются современные математические методы анализа вариабельности сердечного ритма. При этом анализируются и другие периодические процессы, такие как систолическое и диастолическое артериальное давление, ударный объем крови, частоты дыхания, волновые явления в головном мозге.

215

Изучение вариабельности сердечного ритма становится основой новейших диагностических технологий клинической медицины. Прогностическое значение ее известно еще с открытия так называемых волн Меера. Дыхательная или синусовая аритмия, как вариант нормы, и метрономизированный сердечный ритм, как угрожающий предвестник сердечной смерти у тяжелобольных, вошли в учебники внутренних болезней с 50-х годов. Первые обстоятельные клинические приложения ВСР относятся, однако, к 1965 г. и связаны с установлением роли ее нарушений в дистрессе у плода. Первоначально внимание ученых фокусировалось на физиологических механизмах ВСР и в ряду этих исследований особенное место занимают работы P.M. Баевского и его сотрудников [БКК] [БН], в которых установлена связь вариабельности ритма сердца с нейрогуморальной регуляцией и адаптивными реакциями организма человека на стресс. Интенсификация исследований ВСР приходится на середину 70-х годов, когда повсеместное внедрение персональных компьютеров позволило автоматизировать этот процесс и он стал доступным для широких приложений. С 1981 г. для более полного изучения ВСР стали использовать спектральный анализ последовательности значений RR-интервалов ЭКГ.

3.8.3 Функциональные (кардиологические пробы)

Обычно ВСР исследуется в удобных для пациента положениях лежа на спине или сидя, опираясь на спинку стула. Эти исследования проводятся также в условиях физического или психоэмоционального стресса, с применением различных лекарственных препаратов. Специального внимания требует оценка результатов анализа ВСР при проведении функциональных нагрузочных проб. Здесь необходима разработка отдельных медицинских инструкций по каждой функциональной пробе [Мих].

Некоторые общие рекомендации по интерпретации показателей ВСР при функциональных пробах состоят в следующем:

1.Важнейшее значение имеет оценка функционального состояния организма (вегетативный баланс, степень напряжения регуляторных систем и т.д.) в исходном периоде (фон) до начала функционального воздействия. Интерпретация данных на разных этапах функциональной пробы должна проводиться, прежде всего, путем сравнения с исходным состоянием.

2.Во всех функциональных пробах существует переходный процесс между исходным состоянием и новым функциональным состоянием, формирующимся в процессе проведения пробы. Этот переходный процесс имеет различный характер и различную длительность при разных функциональных пробах. Выделение переходного процесса из общей записи и его оценка специальными методами является одной из важных проблем функционального тестирования. Нередко именно в переходном процессе

216

содержится наиболее ценная информация о состоянии регуляторных механизмов. Методы анализа переходных процессов в данных методических рекомендациях не рассматриваются.

3.Под влиянием функциональных воздействий формируется новое функциональное состояние, которое не является устойчивым. Это особенно необходимо учитывать, анализируя динамику показателей ВСР, отражающих тонкие взаимосвязи между различными звеньями регуляторного механизма. Поэтому целесообразно выделять для оценки различные этапы функциональной пробы.

4.Следует различать, по крайней мере, два этапа функциональной пробы: этап (или период) непосредственного воздействия на организм соответствующего фактора и этап (или период) восстановления. Между окончанием воздействия и началом восстановления также имеется переходный процесс, которые требует распознавания, выделения и специальной оценки.

5.При оценке показателей ВСР на разных этапах функциональной пробы рекомендуется оценивать не только их средние значения, но и динамику изменений, и синхронизацию этих изменений.

Наиболее употребляемыми функциональными пробами являются:

1.активный или пассивный тилт-тест (пробы с изменением положения тела). Часто применяется активная ортостатическая проба, когда после периода покоя в положении лежа на спине больного просили быстро встать, причем время нахождения в вертикальном положении составляет примерно 10 мин;

2.велоэргонометрия, испытания на бегущей дорожке (тредмил тест) или динамометрия;

3.испытания с модулированным дыханием с фиксированной частотой и глубиной;

4.вегетативные пробы (проба Вальсальвы с задержкой дыхания, проба с охлаждением лица, кистей рук и стоп). В случае пробы Вальсальвы производится выдох в мунштук, соединенный с манометром, таким образом, чтобы создать и поддержать давление в дыхательных путях на уровне 40 мм. рт. ст. в течении 15 сек.;

5.медикаментозные пробы (стимуляторы и блокаторы альфа и бета адренэргических рецепторов, блокаторы и стимуляторы холинэргических рецепторов и т.д );

6.пробы со стрессовыми воздействиями, а также при необходимости выполнения различных сенсомоторных реакций и решения

интеллектуальных задач.

217

Подводя некоторый итог, можно сказать, что сердечно-сосудистая система (ССС) прямо контролируется вегетативной нервной системой (ВНС), которая, с одной стороны, осуществляет вегетативные регуляторные функции на уровне целого организма, а с другой, - находится под многосторонним и многоуровневым контролем мозговых образований и процессов. В основу интерпретации вариабельности сердечного ритма лежит представление о том, что реальный ритм сердца является результатом действия сложного механизма нейрогуморальной регуляции, осуществляемой вегетативной и центральной нервными системами и рядом гуморальных и рефлекторных воздействий. Таким образом, вариабельность сердечного ритма (ВСР) отражает не только биомеханику сердца, но и состояние регуляторных процессов в человеческом организме в целом. Именно этим объясняется обнаруженная на этапе становления клинических приложений ВСР прямая и независимая от других факторов связь ВСР со смертностью от острого инфаркта миокарда. Непосредственный общий эффект, определяющий участие вегетативной нервной системы в развитии опасных нарушений ритма, связан с воздействием парасимпатической и симпатической активности на электрофизиологические механизмы сердца. Оба отдела участвуют в формировании конечного ответа, так как обе ветви вегетативной нервной системы задают тонус сердечно-сосудистой системе, и контроль сердечной активности является результатом баланса между ними. В результате эта сложная система регуляции, в которой принимают участие и центральные механизмы, подстраивает сердечный выброс к реальным потребностям организма, осуществляя контроль за сократимостью предсердий и желудочков. Дисбаланс этой системы регуляции ведет к изменению работы сердечно-сосудистой системы и проявляется в различных клинических симптомах.

Косвенное влияние ВСР нейрогуморальными механизмами удалось установить наиболее отчетливо, когда к ее изучению были приложены методы спектрального анализа сердечного ритма. Об этом мы будем говорить в последующих параграфах. Отметим, что спектральный анализ позволил выделить в ВСР четыре спектральные области, две из которых, высокочастотная и низкочастотная, связаны, соответственно, с парасимпатической регуляцией и состоянием симпато-парасимпатического баланса. Спектральный анализ последовательности RR-интервалов дал также возможность определенно установить, что вегетативные и гуморальные влияния на сердце осуществляются через синусный узел.

В настоящее время выделяют пять форм вегетативной регуляции сердечного ритма у здоровых и больных, проявляемые, соответственно, двумя граничными стабильными и тремя промежуточными между ними флуктуирующими ритмами. Стабильные ритмы - выраженные бради и тахикардии, как проявления максимальных влияний парасимпатической и симпатической регуляции; промежуточные ритмы - превалирование

218

дыхательной периодики, медленные волны ритма второго порядка с периодом 10 - 30 с и медленные волны третьего порядка с периодом 30 - 60 с.

Значение клинических исследований вариабельности сердечного ритма (ВСР), выполненных начиная с 80-х годов прошлого века, значительно возросло, когда была показана прямая и независимая от других факторов связь ВСР со смертностью от острого инфаркта миокарда. Исследованиями, выполненными в эти годы, была установлена тесная корреляция нарушений автономной нервной регуляции с жизнеопасными желудочковыми аритмиями (ЖА) и сердечной смертью, включая внезапную. Риск последних резко возрастает при существенном увеличении симпатической и падении парасимпатической активности на фоне уменьшения мощности RR-спектра (равной величине дисперсии RR-интервалов). Эти параметры легко получить, анализируя энергетический спектр сердечного ритма. Более глубокая оценка состояния ВНС, взаимоотношения вегетативной нервной системы и ВСР, стала возможной в конце прошлого века в связи с широким внедрением в клиническую практику методов спектрального анализа сердечного ритма . Начало 90-х годов ознаменовалось существенным прогрессом метода, что было связано с внедрением новых цифровых многоканальных устройств 24часовой записи ЭКГ, а также с усовершенствованием методик математической обработки кардиограмм .

Сегодня к проблемам анализа причин возникновения и характера ВСР начали применять методы теории хаоса, нелинейных динамических систем и математического моделирования. Хотя эти методы еще не вышли из стен лабораторий, они являются многообещающими.

Области применения технологии вариабельности сердечного ритма - валеология, терапевтическая клиника в ее широком понимании, включая кардиологию, пульмонологию, нефрологию, неврологию, психиатрию, а также акушерство, перинатология, реаниматология и др. области клинической медицины. В развитых странах исследование ВСР включено в стандартные протоколы контроля над состоянием здоровья при профилактических осмотрах, наблюдении за беременными, ведении послеинфарктных больных.

219

3.9.Базовые механизмы аритмий сердца

3.9.1.Введение в аритмологию сердца

При изложении механизмов аритмий сердца мы будем следовать работе «Базовые механизмы аритмий сердца», авторы Ю.Е.Елькин, А.В. Москаленко.

Аритмией сердца следует называть любые отклонения в сердечной деятельности от его нормальной деятельности. Под нормальной сердечной деятельностью обычно понимают усредненные по популяции типы поведения сердца в условиях комфорта.

Рис. Электрокардиограмма сердца с сильной аритмией.

Аритмию, возникающую в условиях комфорта, безусловно принято признавать патологической. Однако разные типы аритмии, которые возникают в далеких от комфорта условиях, могут быть как проявлением патологии, так и реакциями нормальной адаптации, причем различаться эти состояния могут лишь внешними условиями своего возникновения и существования. Некоторые типы аритмии сердца представляют опасность для жизни целого организма, поскольку они влекут гемодинамические нарушения, которые в свою очередь приводят к нарушению функций тех или иных жизненно важных органов. Для правильной диагностики типа аритмии необходимо глубокое понимание базовых механизмов сердечной деятельности и в норме, и при ее различных нарушениях.

Отметим, что данное выше расширенное определение аритмии сердца является авторским, и оно несколько расходится с традиционно сложившимися к настоящему времени врачебными представлениями об

220

аритмиях, под которыми более принято понимать нарушение лишь электрической активности сердца и проводимости импульсов, и при этом нарушение других его функций (например, сократительной) в понятие сердечных аритмий не входят. Недостаток традиционных представлений и преимущество "расширенного" обсуждается в конце этой главы, в разделе, посвященном рассмотрению аритмической деятельности сердца. Но обо всем по порядку.... Разберем базовые физиологические механизмы работы сердца. Развитие представлений о возбудимых тканях явилось важным обобщением тех экспериментальных данных, которые удалось накопить к концу 19 века. Еще в 1900 году T.W. Engelmann, K.F. Wenckebach и Bowditch постулировали основные свойства сердечной мышцы [1], а именно:

1)автоматию;

2)рефрактерный период;

3)ответ на стимулы разной силы по принципу "все или ничего";

Кконцу 20 века накопилось довольно много результатов наблюдений и экспериментов, которые плохо укладывались в рамки ограничений, установленных физиологическим языком. Настало время для нового обобщения. Физикам и математикам удалось усмотреть, что процессы, которые происходят в «чисто физических» системах (например, в лазерах или даже просто в кипящей воде) по некоторым свойствам похожи на процессы, которые физиологи наблюдают в возбудимых биологических тканях. Постепенно появилось понимание того, что такие явления, как возбудимость, проводимость, ответ по типу «всё или ничего»,

рефрактерность и т.п. присущи вовсе не только исключительно биологическим объектам, но свойственны также и неживой природе. Обращу внимание читателя, что речь в данном случае идет вовсе не просто о каких-то аналогиях, а именно о новом обобщении накопленного научного знания. Это обобщение повлекло разработку нового, более универсального языка — языка биофизического. Новый язык позволил не только воспроизвести описание всего того, что уже было описано ранее в рамках физиологии, но он также позволил в единых терминах представить широкий круг экспериментального материала, с описанием которого язык физиологов уже плохо справлялся. Именно об этом новом расширенном описании сердечной деятельности и пойдет дальше рассказ в данной главе.

Затронем вначале кратко историю возникновения этого нового биофизического языка. Из курса синергетики вы уже хорошо знаете, что в

221

уравнений [4]. Эта модель описывает процесс возбуждения мембраны аксона гигантского кальмара в терминах ионной проводимости мембранных каналов. Шестью годами ранее Н. Винер и А. Розенблют [5] для описания процесса распространения волны возбуждения в сердечной ткани предложили модель клеточного автомата. Модель Винера-Розенблюта была весьма упрощенной; кардиомиоцит, элемент модели, описывался набором дискретных состояний, которые по заданным правилам сменяли друг друга через дискретные промежутки времени. "Клетка" может находиться в одном из трех состояний: покой, возбуждение или рефрактерность. В

результате внешнего воздействия или спонтанно (в зависимости от установленных экспериментатором правил) "клетка" переходит из состояния

По прошествию заданного времени возбуждение сменяется состоянием рефрактерности, в котором "клетка" снова в состояние возбуждения переходить неспособна, а по прошествию времени рефрактерности элемент снова возвращается в состояние покоя. Рефрактерность сердца – это невозможность возбужденных клеток миокарда снова активизироваться при воздействии дополнительного импульса.

Несмотря на свою простоту, модель Винера-Розенблюта качественно воспроизводит многие феномены, наблюдаемые в реальном миокарде.

Однако добиться количественного соответствия результатов, получаемых в этой модели, данным, получаемым в экспериментах на реальном миокарде, оказалось невозможно. Поэтому исследователи-теоретики пошли по пути усложнения математических моделей, привнося в них все больше деталей, соответствующих тем или иным процессам в реальном миокарде. В результате появились модели Нобла [6], Билера-Рейтера [7], Лео-Руди [8], — каждая из которых содержит уже около десятка переменных. В последующих все более усложняющихся математических моделях кардиомиоцитов исследователи учитывали не только поведение ионных каналов клеточных мембран, но и ионных обменников ("натриевый насос", Na-Ca-обменник, Ca-обменник саркоплазматического ретикулума), а также, в наиболее поздних моделях, и участие транспортеров, вовлеченных в контролирование внутриклеточного pH. Такое усложнение моделей

222