Анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) — это электрокардиографический метод, анализирующий разницу в длине между последующими интервалами RR. Снижение ВСР можно рассматривать как сигнал о побочных эффектах, особенно при сердечно-сосудистых заболеваниях. Этот неинвазивный метод также позволяет оценить процессы восстановления в организме и эффективность отдельных лекарств.

Содержание статьи

Вариабельность сердечного ритма — что это?

Вариабельность сердечного ритма (ВСР) — сердечный ритм, генерируемый синусовым узлом — основным физиологическим центром в сердце. Выражается в электрокардиографических различиях в длине интервалов между пиками R-зубца последовательных синусовых комплексов QRS.

Клиническое значение вариабельности синусового ритма как прогностического фактора было определено в 60-х годах прошлого века учеными Хон и Ли. В 70-х годах ученые разработали простые тесты, использующие анализ вариабельности синусового ритма для выявления вегетативной нейропатии у диабетиков. Ещё через 10 лет было продемонстрировано, что снижение ВСР связано с повышенным риском смерти после инфаркта миокарда.

В 80-х г. в количественные исследования вариабельности синусового ритма внедрили методы спектрального анализа. А в 96 г. международные кардиологические и электрофизиологические об-ва разработали стандарты измерений и рекомендации оценки ВСР.

Что такое анализ ВСР

Тест вариабельности синусового ритма — это неинвазивное количественное измерение активности вегетативной системы сердца для оценки его адаптивных возможностей. Вегетативная н. с. включает симпатическую и парасимпатическую части, между которыми существует состояние динамического равновесия. У здоровых этот механизм позволяет быстро реагировать на изменения гомеостаза системы и изменять функции сердца под меняющиеся условия.

Исследования показывают взаимосвязь между понижением ВСР и негативным прогнозом при ССЗ.

Отчего зависит ВСР

Вариабельность синусового ритма — это выражение активности вегетативной н. с. и ее модуляция активности миокарда. Факторы, влияющие на частоту сердечных сокращений:

физическую активность;
дыхание;
изменения артериального давления;
температура тела;
уровень гормонов;
эмоциональное состояние;
время суток.

ВСР — это гендерная характеристика, которая меняется с возрастом.

ВСР — индикатор функции вегетативной нервной системы

Вегетативная нервная система — автономная часть нервной системы, отвечающая за деятельность внутренних органов. Включает два противоположных компонента:

симпатическая система — стимулирует частоту сердечных сокращений;
парасимпатическая система — подавляет частоту сердечных сокращений.

Сердце и другие органы имеют одновременную иннервацию от обеих систем, и результат их действия отражается в модуляции функции синусового узла, то есть первичного центра раздражения.

Исследования показывают, что центры, связанные с вегетативной регуляцией сердечной функции в головном мозге, охватывают: дорсальное ядро блуждающего нерва, ядро одиночной нити, паравентрикулярное серое вещество, миндалину, таламус, гипоталамус, поясную корку, островок и префронтальную кору.

Симпатическая система воздействует на синусовый узел, высвобождая норадреналин и адреналин из нервных окончаний, который через бета-адренорецепторы активирует вторичный мессенджер – белок Gs, тем самым повышая активность аденилатциклазы и, следовательно, протеинкиназы А. Это приводит к открытию кальциевых каналов и внутриклеточному росту ионов кальция, что приводит к усилению стимулирующей активности синусового узла, то есть к увеличению частоты сердечных сокращений.

Волокна парасимпатической системы, сосредоточенные в блуждающем нерве, секретируют ацетилхолин, который, присоединяясь к мускариновым рецепторам 2 типа, активирует белок Gi, что приводит к ингибированию активности аденилатциклазы и снижению внутриклеточной концентрации цАМФ, что приводит к инактивации протеинкиназы A и открытию калиевых каналов. В результате снижается проводимость и замедляется частота сердечных сокращений.

В состоянии покоя напряжение блуждающего нерва доминирует, и вариабельность ритма определяется его модуляцией.

Реакция клеток синусового узла на ацетилхолин быстрее, чем на норадреналин, реабсорбция и метаболизм которого относительно продолжительны. Однако в результате эффект симпатического возбуждения будет длиться дольше. Это означает, что более быстродействующая парасимпатическая система может модулировать синусовый ритм в широком частотном диапазоне от одного до нескольких ударов сердца, в отличие от симпатической системы.

Однако влияние парасимпатической системы недолговечно, поскольку клетки синоатриального узла богаты ацетилхолинэстеразой, катализирующей распад ацетилхолина. Изменения частоты сердечных сокращений, вызванные симпатической нервной системой, задерживаются примерно на 5 секунд, после чего частота сердечных сокращений постепенно изменяется, и примерно через 30 секунд устанавливается состояние равновесия, соответствующее величине стимула.

Респираторная синусовая аритмия — что это?

Феномен респираторной синусовой аритмии — это физиологическое изменение частоты сердечных сокращений в зависимости от фазы дыхания. Выражается в снижении тонической активности блуждающего нерва, сокращении интервалов RR (учащение пульса) при вдохе и их удлинении при выдохе. Аритмию дыхательного синуса часто приравнивают к тонусу блуждающего нерва.

Есть исследования, ставящие под сомнение это утверждение, но этот параметр по-прежнему используется в исследованиях. Хотя парасимпатический тонус — основной фактор вариабельности синусового ритма, следует помнить, что есть сомнения по поводу исключительной связи дыхательной синусовой аритмии с вагусной активностью.

Факторы, влияющие на вариабельность синусового ритма

Вариабельность синусового ритма — показатель здоровья сердечной мышцы, и уменьшение этого показателя связано с повышенным риском внезапной смерти при сердечно-сосудистых заболеваниях. Классические факторы риска ишемической болезни сердца — артериальная гипертензия, атеросклероз — демонстрируют значительную взаимосвязь со снижением параметров вариабельности сердечного ритма, что может частично объяснять механизм их отрицательного влияния на заболеваемость и смертность от ССЗ.

Выделяются следующие группы факторов, влияющие на вариабельность синусового ритма:

физиопатологические;
образ жизни;
немодифицируемые факторы;
нейропсихологические состояния;
окружающая среда.

Необходимость такой классификации — следствие многофакторной этиологии нарушений ВСР.

Физиопатологические факторы, влияющие на ВСР

Хронические заболевания ССС проявляются снижением параметров вариабельности синусового ритма и являются негативным прогностическим фактором при острых заболеваниях сердца. Снижение показателей ВСР у пациентов с повышенным артериальным давлением наблюдается значительно чаще, чем у пациентов с нормальным артериальным давлением. Предполагаемый патомеханизм связан с активностью ренин-ангиотензин-альдостероновой системы. Аналогичная связь наблюдается в случае высокого уровня холестерина и глюкозы в крови.

Нарушения в работе центральной нервной системы, затрагивающие ее вегетативную часть, отражаются в нарушениях показателей вариабельности синусового ритма. Исследования показали снижение ВСР у больных с рассеянным склерозом, синдромами Гийена-Барре, Шай-Драгера, Паркинсона и спиноцеребеллярной атаксией.

Механизм синусовой респираторной аритмии предполагает, что заболевания дыхательной системы также влияют на вариабельность синусового ритма. Что доказывает снижение показателей ВСР у детей с астмой.

Также важно влияние гормональных факторов. Терапия L-тироксином снижает параметры вариабельности синусового ритма у больных с гипотиреозом. С другой стороны, стероидные половые гормоны (эстрогены, андрогены) положительно влияют на показатели ВСР.

Вариабельность синусового ритма также изменяется при изменении температуры. Частота сердечных сокращений выше при более высоких температурах, ниже при низких температурах.

Влияние факторов жизни и возраста на ВСР

Параметр ВСР зависит от возраста пациента и контролируется факторами, связанными с образом жизни, токсинами окружающей среды и функциональностью центров мозга, участвующих в эмоциональном контроле.

Курение и употребление алкоголя. Дурные привычки отрицательно сказываются на вариабельности синусового ритма, но эти эффекты обратимы.
Физическая активность. Улучшает вариабельность синусового ритма за счет снижения симпатического тонуса благодаря участию ангиотензина и оксида азота. Это особенно важно для пациентов с хроническими сердечно-сосудистыми заболеваниями и диабетом.
Возраст. У пожилых людей, а также у пациентов со стойкой артериальной гипертензией, застойной сердечной недостаточностью, сахарным диабетом, хроническим стрессом и переутомлением и с нарушениями сна наблюдается снижение эффективных регуляторных петель контроля сердечного ритма с одновременным ограничением влияния некардиальных факторов. Уменьшается вариабельность синусового ритма и ритм сердца носит случайный характер.
Эмоциональное состояние. Структуры центральной нервной системы, связанные с мотивацией и эмоциями, также участвуют в регулировании вариабельности синусового ритма. Стресс и депрессия негативно влияют на ВСР. Также снижают ВСР трициклические антидепрессанты.
Окружающая среда. На ВСР влияют: химические соединения, электромагнитное поле, шум, вибрация и т. д.

Вариабельность синусового ритма, являющегося индикатором здоровья сердечной мышцы, наиболее сильно зависит от физиопатологических факторов.

Методы анализа вариабельности сердечного ритма

Для оценки ВСР используются электрокардиографические методы, анализирующие различия в длине интервалов между пиками зубца R последовательных синусовых комплексов QRS.

База данных для оценки вариабельности синусового ритма — электрокардиограмма. В оценке ВСР используются методы:

временной области;
частотной области;
частотно-временной области;
нелинейные методы.

В клинической практике используются в основном временные и частотные методы оценки ВСР. Реже выбирают частотно-временной и нелинейный методы.

Временные методы

Выбор времени для оценки ВСР основан на оценке последовательных интервалов синусового ритма, их статистических свойств и взаимосвязи между ними. Основной анализируемый признак — временной интервал последовательных зубцов R (интервал RR) в синусовом ритме, называемый нормальным-нормальным интервалом NN.

Метод временной области — самый старый и простой метод анализа вариабельности синусового ритма. Он основан на параметрах статистического анализа стационарных сигналов.

Параметры временного анализа, напрямую основанные на изменчивости интервалов RR, включают:

Показатель, (мс)	Описание
mean RR	среднее время длительности интервала R-R
SDNN	стандартное отклонение всех интервалов RR (стандартное отклонение интервалов NN)
SDANN	стандартное отклонение усредненных интервалов NN от среднего значения RR в последовательных 5-минутных интервалах
SDNNI	среднее стандартное отклонение от среднего значения интервалов RR в последовательных 5-минутных интервалах от 24-часовой записи (индекс SDNN)

Группа параметров временного анализа, основанная на различиях между последовательными интервалами RR, состоит из:

Показатель, (мс)	Описание
NN50	количество разностей между последовательными интервалами RR более 50 мс (количество пар последовательных NN, различающихся более чем на 50 мс)
pNN50 (%)	процент интервалов RR, отличающихся от соседних интервалов более чем на 50 мс (процент интервалов NN)
RMSSD (мс)	квадратный корень из среднего квадрата разностей между последовательными интервалами RR (среднеквадратическое значение последовательных разностей)

Наиболее часто используемые временные индексы — это средняя частота сердечных сокращений и SDNN, которые имеют наиболее достоверную прогностическую ценность. Параметры pNN50 и RMSSD в основном отражают активность парасимпатической части вегетативной системы, при этом RMSSD имеет лучшие статистические характеристики.

Недостаток временного анализа — высокая чувствительность к артефактам и дополнительным раздражителям. Согласно рекомендациям Европейского общества кардиологов, временной анализ должен выполняться на основе длинных и постоянных фрагментов записи ЭКГ (чаще всего от 24 часов), поскольку результаты зависят от длины серии.

Геометрические методы основаны на анализе гистограммы интервалов RR. Сюда включены следующие параметры:

треугольный индекс ВСР — определение общей вариабельности ВСР;
TINN (мс) – треугольная интерполяция гистограммы интервалов NN.

Оба показателя характеризуются относительно низкой чувствительностью к качеству анализируемых записей ЭКГ. Еще один недостаток — необходимость анализа длинных, не менее 20-минутных записей.

Частотный анализ

При оценке ВСР чаще всего используется непараметрический метод, основанный на преобразовании Фурье. Цель такого анализа — выявление цикличности, скрытой в серии смены интервалов LV, и количественный анализ напряжения обоих компонентов автономной системы. В соответствии с рекомендациями Европейского общества кардиологов короткие 5-минутные записи ЭКГ подлежат частотному анализу.

Цель анализа интервала изменения полного спектра мощности (угловой суммарной мощности) NN оцениваются следующие составляющие:

HF (high frequency) – с высокой частотой (0,15-0,4 Гц), описывает изменения, связанные с парасимпатической активностью, дыханием и изменениями артериального давления;
LF (низкая частота) – с низкой частотой (0,04-0,15 Гц), описывает изменения, модулируемые симпатической системой, вероятно, также включает изменения, связанные с активностью барорецепторов;
VLF (очень низкая частота) – очень низкая частота (<0,04 Гц), связанная с активностью хеморецепторов и барорецепторов;
LF / HF – отношение мощности низкочастотного спектра к мощности высокочастотного спектра;
HF nu – нормированная силовая составляющая высокочастотного спектра: HF / (общая мощность – VLF) × 100;
LF nu – нормированная силовая составляющая низкочастотного спектра: LF / (полная мощность – VLF) × 100.

К положению 24 часов дополнительно рассчитывается сверхнизкочастотная спектральная мощность УНЧ, меньшая значения 0,003 Гц.

У здоровых людей амплитуда НЧ-компоненты больше, чем ВЧ-компоненты. Отношение LF / HF описывает корреляцию между обоими типами вегетативной модуляции и, по мнению некоторых авторов, прежде всего, активностью симпатической нервной системы.

Нелинейные методы

Нелинейные методы основаны на теории хаоса и фрактальной математике. Этот подход открыл новые возможности для изучения и характеристики вариабельности синусового ритма. Их цель не в оценке величины вариабельности сердечного ритма, а в оценке корреляционных свойств и сложности ВСР, а также других характеристик ритма, которые нельзя исследовать с помощью методов и методов, основанных на дисперсии.

К настоящему времени было установлено множество нелинейных показателей ВСР, но для оценки риска, похоже, применимы следующие:

коэффициент наклона для закона распределения мощности сигнала,
бестрендовый коэффициент мощности для фрактального масштабирования,
диаграмма Пуанкаре,
турбулентность сердечного ритма.

Хотя все они кажутся очень многообещающими, полные стандарты все еще отсутствуют.

Влияние заболеваний на вариабельность синусового ритма

Анализ ВСР имеет прогностическую ценность в отношении риска развития многих клинических событий, особенно ССЗ. Например, в клинической картине ишемической болезни сердца обычно наблюдается снижение вариабельности синусового ритма.

ВСР при инфаркте

Нарушения ВСР в острой фазе инфаркта объясняются инфаркт-зависимой адренергической реакцией и дисфункцией миокардиальных рецепторов вегетативной системы. У пациентов с инфарктом передней стенки обнаруживается рефлекторное симпатическое возбуждение, вызванное окклюзией левой коронарной артерии, что проявляется снижением большинства параметров ВСР в первые сутки, тогда как у пациентов с инфарктом нижнего или заднего левого желудочка часто наблюдается стимуляция блуждающего нерва. что приводит к более высоким значениям HF в первые 16 часов. Снижение показателей ВСР после первых суток, скорее всего, не зависит от локализации.

Исследования показывают, что SDNN, RMSSD и частотные параметры снижаются во время острой фазы инфаркта миокарда. Снижение соотношения LF / HF в течение 24 часов — прогностический фактор смерти через 30 дней после начала инфаркта миокарда. С другой стороны, значения SDNN снижаются при ишемической болезни сердца. Эффективное лечение, ограничивающее артерию, приводит к подавлению неблагоприятных изменений ВСР. Изменения вегетативной системы при ишемии миокарда также связаны с наличием факторов риска развития атеросклероза.

ВСР при артериальной гипертензии

Исследования подтвердили нарушение функции вегетативной системы еще до появления аномальных значений артериального давления. Долгосрочные проспективные исследования показали значительную роль компонентов анализа частоты ВСР в прогнозировании развития артериальной гипертензии.

У пациентов с артериальной гипертензией с гипертрофией левого желудочка наблюдается снижение напряжения парасимпатической системы, выражающееся в снижении индекса HF, что более заметно у пациентов с концентрической и эксцентрической гипертрофией. При этом корреляции между параметрами ВСР и выраженностью желудочковой аритмии не обнаружено.

С другой стороны, исследования в состоянии покоя в группе больных с гипертонией показывают снижение общей ВСР с преобладанием активности симпатической системы. У людей с АГ значения индексов SDNN ниже, чем у здоровых людей.

ВСР при диабете

При диабете (фактор риска ишемии), возникает дисфункция вегетативной нервной системы, что приводит к вариабельности СР. По мнению ученых, клиническое состояние больного диабетом дестабилизирует вегетативную систему, что приводит к снижению ВСР. Заболевание также связано с наличием диабетической вегетативной нейропатии, клиническим симптомом которой является тахикардия в покое.

Было показано, что нейропатия вызывает удлинение скорректированного интервала QT, и анализ ВСР может быть полезным в качестве скринингового маркера для выявления пациентов, страдающих этим заболеванием.

ВСР при болезни Паркинсона

У пациентов с болезнью Паркинсона обнаруживаются нарушения баланса вегетативной системы с преобладанием симпатического компонента (LF / HF-RRI 2,5) и более высоким nu LF (61,3%), чем nu HF (38,6%).

В исследованиях после двусторонней глубокой стимуляции нижнего таламического ядра наблюдалось статистически значимое увеличение значений индексов LF-RRI и HF-RRI, а также общей спектральной мощности – PSD-RRI. Это свидетельствует о повышении активности обоих компонентов вегетативной системы при стойком нарушении симпатико-парасимпатического баланса.

ВСР при алкоголизме

Результаты исследования взаимосвязи воздержания от алкоголя у людей с синдромом алкогольной зависимости от ВСР показали, что в течение 3-х недель прекращения употребления алкоголя значения показателей вагусной активности снизились, что связано с повышенным риском внезапной сердечной смерти.

С другой стороны, четырехнедельное воздержание связано с прогностически благоприятным усилением влияния парасимпатической системы на регуляцию частоты сердечных сокращений. Эти результаты согласуются с ранее обсуждавшимся влиянием отрицательного эмоционального напряжения на значения ВСР.

Влияние разных групп препаратов на ВСР

Снижение показателей вариабельности синусового ритма — негативный прогностический фактор у больных, перенесших инфаркт миокарда. Это состояние часто наблюдается у больных с неконтролируемой АГ, которые также подвержены повышенным рискам острых коронарных синдромов. По этой причине важный клинический аспект — влияние гипотензивных препаратов на показатели ВСР.

В 80-х годах при наблюдениях за действием бета-блокаторов выяснилось, что у больных с артериальной гипертензией после 10 дней лечения надололом наблюдалось снижение общей вариабельности СР. Предыдущие исследования показали положительное влияние бета-адреноблокаторов на параметры ВСР в группе, перенесших инфаркт миокарда.

Другие анализы касались пациентов с артериальной гипертензией. Блокаторы кальциевых каналов (БКК) и ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (БКК) использовались в большинстве исследований влияния антигипертензивных препаратов на параметры ВСР- ACEI).

При сравнении эффектов метопролола (бета-блокатор) и рамиприла (ИАПФ) на вариабельность синусового ритма у пациентов с артериальной гипертензией, гипотензивный эффект был сопоставим, но метопролол, в отличие от рамиприла, удлинял средний интервал RR и увеличивал общую вариабельность синусового ритма и его HF-компонента как в покое, так и во время пробы стоя.

Аналогичные результаты были получены в исследовании с другим препаратом бета-адреноблокатора, атенололом. У пациентов, которым назначался атенолол, было продемонстрировано снижение LF-компонента. Другой антигипертензивный препарат, карведилол, имеет аналогичные эффекты.

Метопролол и атенолол относятся к кардиоселективным, действующим только на бета-1-адренорецепторы, бета-адреноблокаторам без внутренней симпатомиметической активности, тогда как карведилол — неселективный бета-блокатор и одновременно блокирующий альфа-1 рецептор.

Постоянное применение бета-адреноблокаторов у пациентов с артериальной гипертензией и связанное с этим повышение ВСР может создавать проблематичным при наблюдении за пациентами после инфаркта миокарда, у которых снижение вариабельности синусового ритма — ранний симптом ухудшения, маскируется действием препарата. Однако исследования показывают, что параметры среднего IBI, rMSSD, pIBI-50 и MSD6-10 остаются чувствительным индикатором клинического состояния у пациентов, получавших карведилол.

Источники

Европейское об-во кардиологов и Североамериканское об-во кардиостимуляции и электрофизиологии: сердечный ритм — вариабельность: стандарты измерений, интерпретация и клиническое использование, 1996;
Драгичи А.Е., Тейлор Дж. А. Физиологические основы и измерения вариабельности сердечного ритма, 2016;
Акай М: Нелинейная биомедицинская обработка сигналов, 2001;
Малик М., Камм А.Дж.: Вариабельность сердечного ритма. Clin Cardiol 1990;
Вольф М.М., Варигос Г.А., Хант Д., Сломан Дж. Г.: Синусовая аритмия при остром инфаркте миокарда, 1978;
Сингх Н., Миронов Д., Армстронг П. В. и др.: Оценка вариабельности сердечного ритма на ранней стадии после острого инфаркта миокарда,1996;
Радаэлли А., Бернарди Л., Валле Ф. и др.: Сердечно-сосудистая вегетативная модуляция при эссенциальной гипертензии, 1994;
Уилер Т., Уоткинс П.Дж.: Сердечная денервация при диабете, 1973;
Тайер Дж. Ф., Ямамото С. С., Бросшот Дж. Ф.: Взаимосвязь вегетативного дисбаланса, вариабельности сердечного ритма и факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний. 2010;
Ван Равенсваай-Артс К.М., Колле Л.А., Хопман Дж. К. и др.: Вариабельность сердечного ритма. Ann Intern Med, 1993;
Краузе Т., Гузик П., Высоцкий Х: Вариабельность сердечного ритма: технические аспекты., 2001;
Bigger JT, Fleiss JL, Steinman RC et al.: Измерения в частотной области вариабельности сердечного ритма и смертности после инфаркта миокарда, 1992;
Bigger JT Jr, La Rovere MT, Steinman RC et al.: Сравнение чувствительности к барорефлексам и вариабельности сердечного периода после инфаркта миокарда, 1989.

Александр Попандопуло, врач терапевт. Редактор А. Герасимова