К вопросу о методических подходах к анализу вариабельности сердечного ритма

К ВОПРОСУ О МЕТОДИЧЕСКИХ ПОДХОДАХ К АНАЛИЗУ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА

Доктор биологических наук, профессор Н.И. Шлык, кандидат биологических наук, Е.Н. Сапожникова, ГОУ ВПО «Удмуртский государственный университет», г. Ижевск

Ключевые слова: вариабельность ритма сердца, спектральные характеристики, индивидуально-типологические особенности

Аннотация. В статье рассматриваются проблемы интерпретации и использования индивидуально-типологического подхода при регистрации вариабельности сердечного ритма. Авторами впервые были разработаны возрастно-половые нормативы вариабельности сердечного ритма в зависимости от типа вегетативной регуляции системы кровообращения. Применение дифференциации типов кровообращения при изучении вариабельности сердечного ритма позволяет более точно определить особенности с учетом типа регуляции ССС у испытуемых. Были установлены специфические особенности спектральной функции в вариабельности ритма сердца у испытуемых в зависимости от типа регуляции.

В настоящее время насчитывается огромное количество работ, посвященных анализу вариабельности сердечного ритма (ВСР). Но до сего времени нет единого мнения о методике анализа и интерпретации полученных результатов ВСР. Это связано прежде всего с тем, что анализ ВСР проводится с использованием разной аппаратуры, разных временных отрезков записи кардиоинтервалов Я-Я, разных показателей ВСР и среднестатистических значений показателей ВСР без учета индивидуальных и типологических особенностей регуляторных систем организма испытуемых. Различные подходы к анализу вариабельности сердечного ритма не только

противоречат друг другу, но и ведут к ложной интерпретации полученных результатов и тем самым дискредитации самого метода.

Таким образом, отсутствие стандартизации методики и подходов к анализу данных исследований ВСР, а также отсутствие возрастных и гендерных нормативов не дают возможность сопоставлять результаты полученные разными исследователями.

Нами был проведен анализ временных (R-R, MxDMn, SDNN, PNN50%, RMSSD, AMO50, SI) и спектральных (TP, HF, LF, VLF, ULF) характеристик ВСР у 3046 человек в возрасте от 2 до 21 года.

Было установлено, что независимо от пола и возраста исследуемых имеется наличие большого межиндивидуального разброса показателей ВСР, а так же ярко выраженных типологических особенностей регуляции сердечного ритма. В каждой возрастной группе были выявлены лица с умеренным и выраженным преобладанием центральных структур регуляции сердечного ритма ПЦР (I и II группа), а также с умеренным и выраженным преобладанием автономной регуляции ПАР (III и IV группы). Для удобства понятий трактовки о состоянии регуляторных систем организма эти группы были условно названы группами вегетативной регуляции (ВР) сердечного ритма. Эти типологические особенности ВСР у исследуемых указывают, что адаптивные реакции индивидуальны и реализуются у разных людей с разным включением регуляторных систем организма. Согласно исследованиям Шлык Н.И. (1991, 2005) важными критериями для экспресс отбора в группы ВР сердечного ритма явились показатели R-R, MxDMn, SI, TP и VLF.

Целесообразность использования этих показателей для оценки типологических особенностей ВСР и текущего состояния регуляторных систем подтвердили в диссертационных работах Гуштурова И.В., 1994; Зюзюлькин Ю.С., 2002; Сапожникова Е.Н., 2003; Жужгов А.П., 2003; Лаврова Н.Ю., 2003; Синяк Е.Д., 2003; Шумихина И.И., 2005; Красноперова Т.В., 2005.

Нами впервые были разработаны возрастно-половые нормативы вариабельности сердечного ритма в зависимости от типа вегетативной регуляции системы кровообращения.

Согласно этим данным, наибольший процент детей независимо от возраста и пола относится к III и I группам ВР сердечного ритма. Длительные наблюдения за испытуемыми этих групп показали, что в норме в покое тип регуляции сердечного ритма сохраняется и изменяется, лишь при физических, стрессовых нагрузках и донозологических состояниях.

Рис. 1. Индивидуальный портрет медленно-волновой структуры

спектра ВСР у М-ой.

Речь идет о том, что при повторном воспроизведении записей ВСР у исследуемого в покое качественные показатели ВСР не изменяются, а имеются лишь их количественные сдвиги, которые укладываются в диапазон значений того или иного типа регуляции. Это можно проследить на примере многократных записей медленно-волновой структуры спектра у исследуемой М-ой. На рис. 1 показано, что у М-ой в разные дни исследований тип регуляции сохраняется, а меняется лишь количественная структура спектра. В тоже время, в августе и сентябре месяце отмечается выраженное снижение всех показателей спектра, которое указывает на напряжение регуляторных систем в результате психоэмоциональной перегрузки у исследуемой (в августе месяце она была на фестивале гитаристов).

При анализе ВСР у исследуемых от 7 до 21 года установлено, что у них с увеличением возраста изменяется активность медленно-волновой структуры спектра в виде асинхронных колебательных процессов (Рис. 2.). Показано, что в каждой группе регуляторные системы имеют свой уровень и период колебательных процессов. Было выявлено, что испытуемые с преобладанием центральной регуляции сердечного ритма существенно отстают от сверстников с преобладающим влиянием автономной регуляции по степени зрелости регуляторных систем и качеству регулирования кровообращением. Умеренное и выраженное преобладание симпатического отдела ВНС у исследуемых I и II групп согласуется с выраженной активностью ЦНС. Чем выше преобладание симпатического отдела у исследуемых II группы, тем меньше значения MxDMn, суммарной площади спектра (TP), ниже амплитуда HF, LF и особенно VLF и ULF спектра, что указывает на выраженное напряжение центральных структур регуляции и состояние вегетативной дисфункции. Установлены специфические особенности спектральной

функции у исследуемых I и II групп ВР. Для исследуемых I группы характерен тип спектра с преобладанием LF над HF-волнами, а для второй группы - очень низкая амплитуда VLF и ULF волн.

Было показано, что наиболее оптимальное соотношение между автономной и центральной регуляцией сердечного ритма выявлено у детей с умеренным ПАР, т.е. в III группе, что можно принять за физиологическую норму ВСР. Проведенная корреляция между показателями ВСР выявила, что диапазон значений ВСР в большей степени зависит от типа регуляции сердечного ритма и в меньшей степени от возрастно-половых особенностей, это должно учитываться при оценке результатов исследований (Шлык Н.И., 1991).

Резко выраженное преобладание парасимпатического отдела ВНС у исследуемых IV группы вызвано дисрегуляторными проявлениями в состоянии механизмов вегетативной регуляции сердечного ритма.

При изучении ВСР у спортсменов выявлено, что от 60 до 76% спортсменов независимо от видов спорта относятся к III группе (Жужгов А.П., 2004; Красноперова Т.В., 2005; Шумихина И.И., 2005). Эти авторы установили, что у спортсменов с ПЦР сердечного ритма система кровообращения работает с большим напряжением, а адаптивные возможности организма существенно ниже, чем у спортсменов с ПАР.

По-прежнему учитель физкультуры и тренер определяют функциональное состояние занимающегося и степень переносимости им физических нагрузок в основном по частоте сердечных сокращений. Однако одна и та же ЧСС в покое может скрывать за собой различный уровень напряжения системы кровообращения и степень нарушения вегетативного гомеостаза.

Это видно из результатов анализа ВСР у трех школьников-спортсменов одного и того же возраста, имеющих одинаковую частоту сердечных сокращений. Так, на рис. 3, 4 и 5 показано, что у исследуемого А. при ЧСС 63 уд/мин активность симпатического отдела ВНС (SI, АМо и СС0) выше, а разброс кардиоинтервалов (MxDMn), суммарная площадь спектра (ТР) и его составляющих (HF, LF, VLF) существенно ниже по сравнению с исследуемым Б., имеющего такую же ЧСС. Эти данные говорят о том, что при одной и той же ЧСС степень напряжения регуляторных систем у первого исследуемого значительно выше, а адаптивные возможности существенно ниже, чем у второго исследуемого. У третьего исследуемого на ритмокардиограмме отмечается переходной процесс (V%=11), очень низкая активность симпатического канала (AMo, SI) и большие значения MxDMn, TP, HF, LF. Эти показатели ВСР указывают на выраженный дисбаланс между автономной и центральной регуляцией и смещение водителя ритма (в пределах зоны СА-узла). Такие изменения чаще встречаются у перетренированных спортсменов и школьников с отклонениями со стороны сердечно-сосудистой системы. Поэтому, физическая нагрузка у спортсменов А. и Б. должна быть различной, а спортсмена В. необходимо отправить на

обследование к кардиологу. Следовательно, тренеру нельзя ориентироваться только на ЧСС, а нужно знать «стоимость» для организма той или иной ЧСС, т.е. необходимо научиться определять степень функционирования регуляторных систем организма.

Необходимо знать при физическом перенапряжении показатели ВСР существенно изменяются по сравнению с нормой (рис. 6 и 7). Так, на рис. 6 и 7 представлены особенности ВСР у спортсменов с разной исходной степенью напряжения регуляторных систем до и сразу после тренировки. У спортсмена В. после тренировки повышается активность регуляторных систем организма (снижаются абсолютные значения TP, HF, LF, VLF, ULF (мс2) и увеличиваются относительные значения VLF% и ULF%), что указывает на нормальное рабочее утомление (Рис. 6). В то время как спортсмен Г. пришел на тренировку уже с выраженным напряжением регуляторных систем организма, которое после тренировки еще больше усилилось (снижается общая площадь спектра TP, и все показатели медленных волн HF, LF, VLF, ULF) (Рис. 7).

Не менее важно научиться правильно интерпретировать и изменения показателей вариабельности сердечного ритма при использовании функциональных проб.

Так, при анализе показателей ВСР при выполнении активной ортостатической пробы проф. Шлык Н.И. (1992) предложено выделять четыре варианта вегетативной реакции на ортостаз:

Первый вариант - когда наряду с увеличением ЧСС увеличивается SI, снижается общая мощность спектра (TP) и всех четырех его составляющих (HF, LF, VLF и ULF) - волн, что указывает на повышение активности симпатического отдела ВНС и центральных структур регуляции ритмом сердца. Это наиболее оптимальный вариант реакции регуляторных систем организма на изменение положения тела при ортостазе (Рис. 8).

Второй вариант характеризуется увеличением ЧСС и показателей SI, TP, LF, VLF и снижением значений HF.

Третий вариант - когда с увеличением ЧСС снижаются значения SI, HF и увеличиваются LF, VLF и ULF - волны.

Четвертый вариант - характеризуется увеличением ЧСС, снижением SI и всех показателей спектра (HF, LH, VLF и ULF).

На рис. 8. показан первый вариант реакции регуляторных систем организма на ортостатическое тестирование. При неоднократном применении ортостатического тестирования у одного и того же игрока можно наблюдать, что к концу игрового турнира у него нарастает ЧСС и резко снижаются значения всех составляющих спектра TP, HF, LF, VLF и ULF и как результат нарастает напряжение регуляторных систем организма. А на рис. 9 показано напряжение регуляторных систем у другого спортсмена на протяжении всех игр. Об этом свидетельствуют низкие значения спектрального анализа как в покое, так и при ортостазе.

Таким образом, исследование ВСР у школьников и спортсменов позволяет оценить текущее функциональное состояние, адаптивные и резервные возможности организма, своевременно выявить явления дизадаптации и состояния перетренированности. Установление типа регуляции по данным ВСР у занимающихся спортом позволяет прогнозировать функциональное состояние, а также возможные реакции организма, направленно управлять здоровьем, в частности, путем грамотного планирования тренировочного процесса и повторных систематических исследований ВСР.

III

-ТР ИР -ЬР - УЬР -ПЬР

— ТР ИР

-и

— УЬР

— иЬР

Л <Ь ч \\ -¡1

^ ^ ч* ч^ >>* Ч^ ч^ ч^ ч^ чь> ч^ ч^ чч> ^ ^

12000

10000

8000

6000

4000

2000

0

0

Рис. 2. Возрастные особенности медленно - волновой структуры ВСР у исследуемых от 7 лет до 21 года

п 143 Исследуемый А.

Дата Время Поп Возраст ЧСС Время записи

26.03.2004 муж. 17 63 00:04:50

Основные параметры вариабельности сердечного ритма

Показатели

Лежа

Статистический и автокорреляционный анализ

1. Частота пульса (ЧСС), уд .мин................................. 63

2. Среднее знамение длительности РР? интервалов, м 949

3. Максимальное значение (Мх), мс............................ 980

4. Минимальное значение (Мп), мс .............................. 921

5. Разность Мах-М|п (МхОМп), мс...............................

6. Отношение МахМп (МхРМп).................................. 1,08

7. РМББа мс............................................................... 14

8. рММ50, %.................................................................. 1.0

Среднее квадратич.отклонение (5ОМИ), мс............ 10

10. Коэффициент вариации (СУ), %.............................. 1.1

11, Дисперсия (О), мс2................................................

12, Мода (Мо), мс........................................................

13. Амплитуда МОДЫ (АМо50ММ), .................

1 4. Амплитуда моды (АМо50), %/50 мс.......................

15. Амплитуда моды (АМо7.8), %/7.8 мс.....................

16. Показатель автокорреляционной функции

17. Показатель автокорреляционной функции

19. Индекс напряжения регуляторных систем (Б!)........ 1Й31

Спектральный анализ

20. Суммарная мощность спектра (ТР), мс2..............

21. Суммарная мощность НР, мс2.............................

22. Суммарная мощность ЬР, мс2..............................

23. Суммарная мощность \/1Р, мс2............................

24. Суммарная мощность 1Л.Р, мс2............................

25. Мах высокочаст, со ставя. (НРтх), мс2/Гц..........

26. Мак низкочаст, составл. (1_Ртх), мс2/Гц..............

27. Мах сверхнизкочаст. составл. (\Л-Ртх), мс2/Гц .. 2В. Мая ультраниэкочасг. составл. (1АРтк), мс2/Гц

29. Период Мах спектра НР. с....................................

30. Период Мах с пестра 1_Р, с....................................

31. Период Мах спектра У1_Р, с..................................

32. Период Мах спектра 1Л_Р, с..................................

33. Мощность НР. %...................................................

34. Мощность 1.Р, %...................................................

35. Мощность УЦ7, %.................................................

за. .....................................................................

37. УЬР/НР..................................................................

38. Ивдекс централизации (УЬР+ЬРУНР (1С).............

103 943 39.7 204.9 33.3 0.637 а. 57 0.0

387,00

107.36

144,10

61.51

74.01

1.73

3.9В

6 39

15.32

5.69

24,98

44 52

128.00

34.3

46.0

19,7

1,34

0.57

1 91

(с) 3005, Имститз-: Внедрение Носил МоднцннСиих Типологий "РАМЕНЛ"

Нзпсчаглмо и^ и|1' прпглиы ИСКИМБ

п 152 Исследуемый Б.

Дата Время Поп Возраст ЧСС Время записи

26.03.2004 муж. 17 62 00:04:50

Основные параметры вариабельности сердечного ритма

Показатели

Лежа

1. 2. 3. 4 5.

е.

7.

8.

10. 11. 12.

13.

14.

15.

16. 17. 16.

19.

20. 21. 22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33. 34 35,

зе.

37.

38.

Статистический и автокорреляционный анализ

Частота пульса (ЧСС), уд.мин..................................................................62

Среднее знамение длительности РШ интервалов, м 966

Максимальное значение (Мх), мс........................................................1113

Минимальное значение (Ми), мс............................................................627

Разность Мах-М|п (МхОМп), мс..............................................................286

Отношение МахМп (МхРМп)....................................................................1,35

ИМББО, мс..............................................................................................................................51

рЫЫ50, %....................................................................................................................................35.4

Среднее квадратич.отклонение (ЗОМИ), мс........................50

Коэффициент вариации (СУ), %............................................................5.2

Дисперсия (0>, мс2......................................................................................................2513

Мода (Мо), мс......................................................................................................................973

Амплитуда моды (АМо5СММ), ........................................35,6

Амплитуда моды (АМо50), %У50 мс....................................................36.9

Амплитуда моды (АМо7.8}, %/7.& мс................................................7.8

Показатель автокорреляционноЙ функции {СС1)... 0.512

Показатель а втоко рреляцио иной функции (С С 0)... 4.26

Число аритмий

Индекс напряжения регуляторных систем ($|)................66

Спектральный анализ

Суммарная мощность спектра (ТР), мс2.................. 2218.73

Суммарная мощность НР, мс2................................. 005.04

Суммарная мощность мс2.................................. 505.45

Суммарная мощность VI.Р, мс2 ............................... 525,58

Суммарная мощность 1Л.Р, мс2............................... 280,76

Мах высокочаст, со ставя, (НРтх), ис2/Гц.............. 26,12

Мах низкочаст, составл. (ЦРтх), мс2/Гц................. 21.46

Мах сверхнизкочаст. составл. (УЬРтх), мс2/Гц...... 99.В4

Мах ультраниэкочаст. составл. (1Л_Ртх), мс2^Гц .... 50.24

Период Мах спектра НР. с....................................... 3,44

Период Мах с пестра 1.Р, с........................................ 13,65

Период Мах спектра VI.Р, с...................................... 46.55

Период Мах спектра 1Л_Р, с...................................... 204.80

Мощность НР, %....................................................... 46.7

Мощность 1_Р, %....................................................... 26.1

Мощность \ZI_F, %..................................................... 27,1

ЬР/НР........................................................................ 0,5@

У1_Р/НР...................................................................... 0.58

Иодекс централизации (У1.Р+1-Р)/НР (1С)................. 1.14

(с) 3005, Имститз-: Внедрение Носил МоднцннСиих Технологии "РАМЕНЛ"

Нзпсчаглмо и^ V |  прпгдиы ИСКИМБ

п 254 Исследумый

Дата Время Поп Возраст ЧСС Время записи

08.09.2004 муж. 17 62 00:04:59

Основные параметры вариабельности сердечного ритма

Показатели

Лежа

Статистический и автокорреляционный анализ

1. Частота пульса (ЧСС). уд.мин..................................................................62

2. Среднее значение длительности РР? интервалов, м 968

3. Максимальное значение (Мх), и с........................................................1233

4. Минимальное значение (Мп), мс ............................................................761

5. Разность Мах-М|п (МхОМп), мс..............................................................472

6. Отношение МахМп (МхРМп)....................................................................1,62

7. РМББа мс..............................................................................................................................95

8. рММ50, %....................................................................................................................................56.6

Среднее квадратич.отклонение (5ОМИ), мс........................107

10. Коэффициент вариации (СУ), %............................................................11.0

11. Дисперсия (О), мс2......................................................................................................11363

12. Мода (Мо), мс......................................................................................................................870

13. Амплитуда МОДЫ (АМо5СММ), ......................................30,6

14. Амплитуда моды (АМо50), %/50 мс....................................................15.1

15. Амплитуда моды (АМо7.8), %/7.8 мс................................................3.5

16. Показатель автокорреляционной функции (СС1)... 0.634

17. Показатель автокорреляционной функции

19. Индекс напряжения регуляторных систем (Б))................18

Спектральный анализ

20. Суммарная мощность спектра (ТР), мс2....................................7520.37

21. Суммарная мощность НР, мс2 ..................................................................378Э.32

22. Суммарная мощность мс2....................................................................2000.52

23. Суммарная мощность \/1Р, мс2 ..............................................................776.67

24. Суммарная мощность !Л_Р, мс2..............................................................953.26

25. Мах высокочаст, составл. (МРтх), мс2/Гц............................127.64

26. Мах низкочаст, составл. (1_Ртх), мс2/Гц..................................118.46

27. Мах сверхнизкочаст. составл. (\Л-Ртх), мс2/Гц............115.06

28. Мах ультраниэкочасг. составл. ((АРтк), мс2/Гц .... 282.27

29. Период Мах спектра НР. с..............................................................................5,02

30. Период Мах с пестра с................................................................................14,22

31. Период Мах спектра У1_Р, с............................................................................60.24

32. Период Мах спектра !Л_Р, с............................................................................85.33

33. Мощность НР. %..............................................................................................................57.7

34. Мощность 1.Р, %..............................................................................................................30.5

35. Мощность \f\-F, %..........................................................................................................11,В

36. ................................................................................................................................................0,53

37. УЬР/НР............................................................................................................................................0.20

38. Ивдекс централизации (\ЛР+ЬР)/НР (1С)..................................0.73

(с) 3005, Имститз-: Внедрение Ноомх Медицинских Технологии "РАМЕНЛ"

Нзпсчаглмо их программы ИСКИМБ

140 120 100 80 60 40 20

ЧСС 100

Nl

I

до

после

HFmx LFmx VLFmx ULFmx HF LF VLF ULF HF% LF% VLF% ULF% (mc2) (mc2) (mc2) (mc2) max max max max

Рис. 6. Особенности медленно-волновой структуры спектра у спортсмена л/а В. до и сразу после тренировки

160

140

120

100

80

60

40

20

ЧСС 100

ULF 500

VLF 500

LF 2000

HF 2000

SDNN 80

АМо 80

п Г I

U

m ImJ

in

до

после

HFmx LFmx VLFmx ULFmx HF max LF max VLF ULF HF% LF% VLF% ULF%

Рис. 7. Особенности медленно-волновой структуры спектра у спортсмена л/а Г. до и сразу после тренировки

0

0

Рис. 8. Показатели ВСР у спортсмена - баскетболиста А. при ортостатической пробе

ЧСС 120

100

80

60

40

20

0

.«S*' ,Ф' ,Ф' КФ' „Ф' ,Ф'<öte' & Ф' Ф' ^ & Ф' Ф' ф-

TP

лежа "стоя

12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

5Г

„0°

лежа стоя

HF

LF

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

,Ф ,Ф

& Ф' ^ &

лежа стоя

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

лежа стоя

VLF 2000

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

лежа стоя

¿у

Ф'

,Ф ,Ф ?' Ф' ,Ф'

ULF 2500

2000

1500

1000

500

0

ф ejf) ф ф

& Ф' ^ & Ф-

лежа стоя

Рис. 9. Показатели ВСР у спортсмена - баскетболиста М. при ортостатической пробе

Литература:

1. Жужгов А.П. Вариабельность сердечного ритма у спортсменов различных видов спорта. Автореферат ... канд. биол. наук, - Казань, 2003.

2. Красноперова Т.В. Вариабельность ритма сердца и центральная гемодинамика у высококвалифицированных спортсменов с разной активностью вегетативной регуляции. Автореферат канд. биол. наук, - Киров, 2005.

3. Лаврова Н.Ю. Особенности сердечного ритма у детей младшего школьного возраста в осенний и весенний периоды под влиянием учебной деятельности. Автореферат ... канд. биол. наук. - Казань, 2003.

4. Сапожникова Е.Н. Ритм сердца у школьников с различной степенью напряжения механизмов вегетативной регуляции в покое и при ортоклиностатическом тестировании.

Автореферат . канд. биол. наук. - Казань, 2003.

5. Синяк Е.Д. Влияние урока физической культуры на вариабельность сердечного ритма у детей младшего школьного возраста в начале и в конце учебного года.

Автореферат. канд. биол. наук. - Казань, 2003.

6. Шлык Н.И. Сердечный ритм и центральная гемодинамика при физической активности у детей.-Ижевск: Филиал изд-ва Нижегородского университета, 1991. -488 с.

7. Шлык Н.И., Сапожникова Е.Н.. Шумихина И.И. О физиологической норме ВСР у детей с разной активностью вегетативной регуляции / Тезисы докладов ХХ съезда физиологического общества имени И.П. Павлова, 4-8 июня, Изд. дом «Русский врач». - Москва, - 2007. С. 492.

8. Шумихина И.И. Особенности вариабельности сердечного ритма и центральной гемодинамики у юных футболистов под влиянием тренировочного процесса. Автореферат канд. биол. наук. - Киров, 2005.