CC BY
43
№ 1 - 2013 г.
14.00.00 медицинские и фармацевтические науки
УДК 612.816-073.854-053.6
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ QT-TQ ДИСПЕРСИИ У ПОДРОСТКОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ОРТОСТАТИЧЕСКОЙ ПРОБЫ
12 1 1 2 3 2 3
О. В. Сорокин ’ , В. Г. Ефименко , А. В. Титенко , Е. А. Тарасов ’ , А. В. Соколов ’
1ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава
России (г. Новосибирск)
Компания «Биоквант» (г. Новосибирск)
3ФГБУ «Научно-исследовательский институт молекулярной биологии и биофизики»
СО РАМН (г. Новосибирск)
В настоящей работе впервые изучены 5-минутные отрезки кардиоинтервалографии с выделением спектральных характеристик дисперсии QT- и TQ-интервалов. Предложены предварительные нормативные коридоры для параметров, отражающих центральные тенденции указанных диапазонов в подростковом возрасте. Разработана методика выделения интервалов QT и TQ и предложена модель для оценки характера нейрогуморальных влияний на эти фазы по данным быстрого преобразования Фурье — субфазовый анализ.
Ключевые слова: кардиоинтервалография, субфазовый анализ, подростки, сердечный цикл, QT-TQ периоды, ортостаз.
Сорокин Олег Викторович — кандидат медицинских наук, доцент кафедры нормальной физиологии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», рабочий телефон: 8 (383) 222-62-16, е-mail: biokvant@mail.ru
Ефименко Валентина Геннадьевна — студентка 6 курса лечебного факультета ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», е-mail: valentinka1504@rambler.ru
Титенко Анастасия Викторовна — студентка 2 курса лечебного факультета ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», е-mail: periosteum@mail.ru
Тарасов Евгений Александрович — научный сотрудник ФГБУ «Научноисследовательский институт молекулярной биологии и биофизики» СО РАМН, начальник IT отдела компании «Биоквант», рабочий телефон: 8 (323) 335-97-56 (доп. 114), e-mail: toliky@ngs.ru
Соколов Анатолий Владимирович — научный сотрудник ФГБУ «Научноисследовательский институт молекулярной биологии и биофизики» СО РАМН,
руководитель инженерного отдела компании «Биоквант», рабочий телефон: 8 (323) 33597-56 (доп. 114), e-mail: toliky@ngs.ru
Актуальность. Собственно интервал QT неоднороден и отражает сразу несколько периодов систолы. В частности указанный интервал включает, период изометрического напряжения, в течение которого желудочек сокращается, развивая усилие со скорость 2500 мм рт. ст./с (здесь и далее значения приводятся для левого желудочка) и формируя скачок давления с уровня конечно диастолического (в среднем 10-12 мм рт. ст.) до значений диастолического артериального давления (АД) в аорте (70-80 мм рт. ст.) за очень короткий промежуток времени в 30 мс (при ЧСС 75/мин и средней длительности сердечного цикла в 800 мс). Интервал QT также включает период медленного (120 мс) и быстрого (130 мс) изгнания, в течение которого сердце выбрасывает систолический объём крови (60-80 мл) и совершает два основных вида работы. Во-первых, создание артериовенозного градиента давлений (повышая давление в системе до значений систолического АД — 110-120 мм рт. ст.), необходимого для формирования
среднединамического давления в сосудистом русле, обеспечивающего непрерывный ток крови (так называемая работа объём-давление), и создаёт ускорение ударному объёму через полулунные клапаны за счёт формирования кинетической энергии тока крови, трансформируя эту энергию в потенциальную энергию эластической тяги крупных сосудов. При этом величина ударной производительности сердца будет напрямую зависеть от гемодинамических потребностей и значений системного АД, что в целом будет определять вариабельность данной субфазы. Таким образом, данный интервал отражает эффективность механизмов хемомеханического сопряжения кардиомиоцитов, обуславливающих свойство сократимости, а также вовлечение иерархии систем регуляции сердечной деятельности в контроль над балансом между величиной сердечного выброса и гемодинамическими потребностями организма (минутный объём крови). Необходимо отметить, что метаболические изменения в миокарде (в крайних вариантах достигающие ишемических изменений), безусловно, искажают эффективность хемомеханического сопряжения и неизбежно отразятся на дисперсии интервала QT [5].
Интервал TQ также неоднороден и включает три периода. Период изоволюмического расслабления, в течение которого в желудочке остаётся конечно-систолический объём крови (40-60 мл), а давление прогрессивно снижается за 80 мс до значений 8-10 мм рт. ст. до момента открытия атриовенрикулярных клапанов. Второй период — наполнения, подразделяющийся на фазу быстрого (90 мс) и медленного (160 мс) наполнения, в течение которого в желудочек поступает 80 % объём крови в диастолу. Третий период связан с наполнением желудочков, обусловленным систолой предсердий (100 мс). Дисперсия этого периода будет зависеть от величины венозного возврата (формирующего конечнодиастолический объём) и эффективности снижения механического напряжения в кардиомиоците, определяющего степень расслабления миокарда. Последний механизм может быть лимитирован процессом фосфорилирования фосфоламбана, который активирует кальциевую-АТФ-азу саркаплазматического ретикулума кардиомиоцита и зависит от процессов энергообеспеченности клетки. Понятно, что в условиях метаболических нарушений будет наблюдаться изменённая дисперсия интервала TQ [1].
Таким образом, целью нашей работы стало описание спектральных характеристик дисперсии интервалов QT и TQ для создания подхода к количественному анализу процессов, происходящих в эти периоды сердечного цикла, и количественной оценки механизмов нейрогуморальной регуляции этих фаз.
Материалы и методы. В исследовании приняли участие 40 условно здоровых студентов НГМУ (19-21 год). Основными критериями включения в исследование были отсутствие хронических соматических и психических заболеваний, наличие синусного ритма.
Запись кардиоинтервалографии (КИГ) производилась на аппарате «ВНС-Микро» компании Нейрософт (Иваново) в течение 5 мин в положении лёжа и 5 мин при проведении активной ортостатической пробы. Также для записи кардиоинтервалов был использован прибор и программное обеспечение «КардиоБос-Д» компании Биоквант. Принципиальной особенностью прибора является возможность выделить получение 14разрядных данных на базе 12-разрядного аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) за счет 16-кратной передискретизации (oversampling) сигнала ЭКГ.
Субфазовый анализ КИГ осуществлялся с помощью ПО «КардиоБОС-Эксперт» компании Биоквант (Новосибирск).
Данное программное обеспечение позволяет визуализировать ЭКГ, отмечать и исключать из обработки блоки данных с артефактами, редактировать маркеры интервалов в ручном режиме, обрабатывать ЭКГ в автоматическом режиме. Автоматическая обработка состоит из нескольких этапов. Перед обработкой сигнал очищается от сетевой наводки, после чего выполняется поиск QRS-комплексов. Для этого используется инверсное непрерывное wavelet-преобразование [1] с частотой 12 Гц, дальнейшая фильтрация с использованием интерполяционных фильтров, автоматическое вычисление порогового значения. После того, как найдены QRS-комплексы, происходит поиск T-зубцов с использованием непрерывного wavelet-преобразования с частотой 3 Гц. Начало и окончание зубца определяется по минимуму и максимуму спектра. Центр зубца определяется по переходу через 0. Аналогично вычисляется P-зубец, только частота wavelet-преобразования равна 9 Гц. Для более точного определения окончания T-зубца используется метод, описанный W. Zong (2006) [3]. По этому методу проводится прямая, соединяющая вершины зубцов T и P. Затем для каждого отсчета ECG на графике проводится перпендикулярный отрезок до этой прямой. Среди всех длин отрезков находится отрезок с максимальным значением. Место соединения этого отрезка с кривой и считается окончанием T-зубца.
Статистический анализ полученных данных производился с помощью программы «Statistica 7.0» (в статье приведены значения медианы и интерквантильного размаха с уровнем значимости p < 05).
При анализе КИГ ортостатической пробы переходный период (на основании которого рассчитывается коэффициент 30/15) извлекался из анализа. В анализ брался только участок при выходе на стационарный процесс (фаза плато).
Результаты и их обсуждения. После извлечения периодограммы QT и TQ в течение 5минутной записи последние были подвергнуты анализу с использованием преобразования Фурье. Впервые были получены спектральные характеристики по указанным диапазонам, представленные в табл. 1 и 2. В качестве критерия разбиения на спектральные диапазоны взяты международные рекомендации для RR-диапазона [4]. Необходимо отметить, что интуитивная проекция границ спектральных диапазонов объясняется общей универсальностью механизмов регуляции в организме, в частности их частотной синхронностью (частота выброса нейромедиатора, гормонов и т. д.). Обращает на себя внимание значительный интерквартильный разброс значений, что может быть связано с исходными вегетативными особенностями в общей группе, не разделённой на симпато/ваготоников. В табл. 1, 2 также приведен сравнительные процент изменения
конкретного параметра, который может представлять интерес для выведения возрастной нормы реактивности на данные гемодинамические изменения.
Таблица 1
Предварительные нормативные диапазоны спектральных параметров QT-интервалов 5-минутной КИГ у юношей 19-21 года
Параметр Фон Ортостаз Процент изменения
QTNN, мс 357,68 (275,8-443,8) 318,62 (256,2-367,3) —10,9
TP, мс2 31,6 (2,6-119,1) 49,7 (7,0-210,7) +57,28
VLF, мс2 7,2 (0,7-34,7) 17,8 (1,5-121,9) +147
LF, мс2 6,9 (0,5-54,5) 9,9 (1,1-92,6) +43,48
HF, мс2 17,0 (1,3-69,3) 17,4 (2,1-77,6) +2,35
% VLF 24,5 (2,9-73,1) 36,9 (3,4-87,3) +50,61
% LF 24,3 (6,8-46,0) 20,4 (2,4-51,2) —16,05
% HF 47,5 (19,7-87,1) 36,9 (10,2-72,0) —22,32
LF norm, n. u. 34,5 (10,4-58,1) 33,6 (15,8-76,9) —2,61
HF norm, n. u. 65,5 (41,9-89,6) 66,4 (23,1-84,2) +1,37
Примечание: * QTNN, мс — средняя длительность QT-диапазона в мс; TP, мс2 — общая мощность спектра нейрогуморальных регуляций (от 0,003 до 0,4 Гц); VLF, мс2 — абсолютное значение мощности спектра в очень низкочастотном диапазоне (0,003-0,04 Гц); LF, мс2 — абсолютное значение мощности спектра в низкочастотном диапазоне (0,04-0,15 Гц); HF, мс2 — абсолютное значение мощности спектра в высокочастотном диапазоне (0,15-0,4 Гц); % VLF — относительное значение мощности спектра в очень низкочастотном диапазоне; % LF — относительное значение мощности спектра в низкочастотном диапазоне; % HF — относительное значение мощности
в высокочастотном диапазоне; LF norm — нормализованное значение мощности
в низкочастотном диапазоне; HF norm — нормализованное значение мощности
в высокочастотном диапазоне
Обращают на себя внимание большие изменения длительности TQ-диапазона в течение 5минутной записи в сравнении с QT-диапазоном, который выглядит более «ригидным». На периодограмме TQ-диапазона отчётливо прослеживаются дыхательные модуляции синхронно с изменениями в RR-диапазоне.
Таблица 2
Предварительные нормативные диапазоны спектральных параметров TQ-интервалов 5-минутной КИГ у юношей 19-21 года
Параметр Фон Ортостаз Процент изменения, %
TQNN, мс 676,1(348,7—816,5) 507,2 (229,6-511,6) —25
TP, мс2 2474,7 (209,2-9473,8) 1742,3 (535,5-10201,6) —29,6
VLF, мс2 585,8 (51,6-3532,4) 313,6 (53,5-4255,1) —46,47
LF, мс2 382,4 (59,1-1661,5) 486,4 (117,9-2752,0) 27,2
HF, мс2 1043,8 (98,6-7831,6) 707,9 (173,1-5034,1) —32,1
% VLF 25,8 (3,7-85,6) 18,7 (3,7-49,7) —27,5
% LF 16,9 (4,5-40,5) 27,9 (11,9-57,4) 65,1
% HF 46,1 (5,4-88,10) 49,9 (20,9-76,4) 8,24
LF norm, n. u. 28,1 (5,1-64,2) 38,7 (13,4-72,8) 37,7
HF norm, n. u. 72,1 (35,8-94,9) 61,3 (27,2-86,6) —15
Примечание: * TQNN, мс — средняя длительность TQ-диапазона в мс; TP, мс2 — общая мощность спектра нейрогуморальных регуляций (от 0,003 до 0,4 Гц); VLF, мс2 — абсолютное значение мощности спектра в очень низкочастотном диапазоне (0,003-0,04 Гц); LF, мс2 — абсолютное значение мощности спектра в низкочастотном диапазоне (0,04-0,15 Гц); HF, мс2 — абсолютное значение мощности спектра в высокочастотном диапазоне (0,15-0,4 Гц); % VLF — относительное значение мощности спектра в очень низкочастотном диапазоне; % LF — относительное значение мощности спектра в низкочастотном диапазоне; % HF — относительное значение мощности в высокочастотном диапазоне; LF norm — нормализованное значение мощности в низкочастотном диапазоне; HF norm — нормализованное значение мощности в высокочастотном диапазоне
Ранее нами было показано, что при проведении ортостатической пробы происходит закономерное снижение общей мощности спектра [5, 7]. Однако, при применении субфазового анализа с разбиением RR-диапазона на TQ- и QT-фазы наблюдаются прямо противоположные тенденции.
Так общая мощность спектра при дисперсии интервала TQ так же. как и интервала RR, снижается и, видимо, обуславливает снижение мощности при дисперсии RR-интервала в целом. При этом общая мощность спектра дисперсии интервала QT при проведении ортостаза повышается, что выбивается из общего тренда (табл. 1 и 2). Такие противоположные тенденции могут объясняться разным характером внутри-и экстракардиальных регулирующих влияний на механизмы, реализующие систолу и диастолу желудочков.
Изменение дисперсии интервала TQ сопровождается снижением мощности спектра в диапазонах VLF и HF при сопутствующем росте мощности спектра в LF-диапазоне, отражающем вовлечение в регуляцию барорефлекторного механизма активации симпатического отдела ВНС, что находится в разумном согласии с механизмами ортостаза.
Изменение дисперсии интервала QT сопровождается повышением общей мощности спектра (TP) в VLF- и LF-диапазонах при сопутствующем снижении мощности спектра в HF-диапазоне.
Таким образом, разница в изменении мощности спектра происходит преимущественно за счёт VLF-диапазона. Данный диапазон связан с церебральными эрготропными влияниями, а также с гормональной регуляцией ритма сердца. Поскольку 5 -минутная запись не позволяет говорить о значимых изменениях в гормональном фоне при ортостазе, указанные различия в VLF-диапазоне преимущественно, по нашему мнению, отражают именно центральные эрготропные (симпатические) влияния на функцию пейсмейкеров и сократительных кардиомиоцитов. Свои субординирующие функции надсегменарные эрготропные структуры реализуют через метасимпатические
внутрисердечные механизмы регуляции. Видимо, в течение реализации разных фаз сердечного цикла надсегментарные структуры, контролирующие сердечный ритм, могут достаточно быстро изменять вектор своих субординирующих влияний с тонизирующих до тормозящих (последний эффект, по-видимому, происходит за счёт снижения частоты стимуляции сердечных ганглиев, а не прямого тормозного эффекта).
При этом рост мощности спектра в низкочастотном диапазоне в обеих фазах сердечного цикла отражает постоянное тоническое влияние прессорного отдела сосудодвигательного центра и, видимо, эти влияния могут быть параллельными и независимыми с влияниями центральных эрготропных структур.
Снижение мощности спектра в высокочастотном диапазоне в обоих фазах сердечного цикла связано со снижением тонических влияний стволовых ядер вагуса и депрессорных зон гипоталамуса на механизмы регуляции ритма сердца. При этом, по-видимому, существует асимметрия в механизмах вагусного контроля сердечного ритма, связанная с отрицательными хронотропными влияниями правого ядра вагуса и отрицательными батмо- и дромотропными влияниями левого ядра вагуса. Влияние на инотропную функцию сократительных кардиомиоцитов парасимпатические надсегментарные структуры реализуют исключительно через своих посредников в лице метасимпатических эффекторных нейронов, однако вопрос о холинэргической иннервации кардиомиоцитов желудочков до сих пор остаётся открытым.
Заключение
1. Впервые предложен алгоритм субфазового анализа дисперсии длительности сердечного цикла, позволяющий уточнить некоторые механизмы регуляции ритма сердца.
2. Впервые предложены предварительные нормативные диапазоны спектральных параметров дисперсии QT- и TQ-субфаз сердечного цикла в подростковом возрасте.
3. Показано, что общая мощность спектра имеет разнонаправленную тенденцию к изменению в течение ортостатической реакции в диапазонах QT и TQ.
Список литературы
1. Addison P. S. Wavelet transforms and the ECG : a review / P. S. Addison // Physiol. Meas. — 2005. — Vol. 26. — Р. 155-199.
2. Fossa A. A. The impact of varying autonomic states on the dynamic beat-to-beat QT-RR and QT-TQ interval relationships / А. А. Fossa // British Journal of Pharmacology. — 2008. — Vol. 154. — Р. 1508-1515.
3. Zong W. QT-interval detection algorithm based on ECG curve length transform / W. Zong, М. Saeed, T. A. Heldt // Comput. Cardiol. — 2006. — Vol. 33. — Р. 377-380.
4. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем : методические рекомендации / Р. М. Баевский, Г. Г. Иванов, Л. В. Чирейкин [и др.] // Вестн. аритмологии. — 2001. — № 24. — С. 65-87.
5. Гайтон А. Г. Медицинская физиология / А. Г. Гайтон, Д. Э. Холл. — Логосфера, 2008. — 1296 c.
6. Михайлов В. М. Вариабельность ритма сердца : опыт практического применения метода / В. М. Михайлов. — Иваново : Изд-во Ивановская государственная медицинская академия, 2003. — 290 с.
7. Факторная модель вегетативного пространства в подростковом возрасте [Электронный ресурс] / О.В. Сорокин, В.Ю. Куликов, В.Ю. Дружинин [и др.] // Медицина и образование в Сибири : электронный научный журнал. — 2011. — № 6. — Режим доступа : http://ngmu.m/cozo/mos/artide/text_fulLphp?id=558
8. Сорокин О. В. Особенности дисперсии RR, QT и TQ-периодов у подростков при
проведении ортостатической пробы [Электронный ресурс] / О. В. Сорокин, В. Г. Ефименко, А. В. Титенко // Медицина и образование в Сибири : электронный научный журнал. — 2012. — № 4. — Режим доступа :
http://ngmu.ru/cozo/mos/article/text_full.php?id=761
9. Титенко А. В. Дисперсия интервала QT и TQ у студентов при проведении активной ортостатической пробы / А. В. Титенко, В. Г. Ефименко, О. В. Сорокин // Материалы ежегодной конкурс-конференции студентов и молодых учёных «Авиценна-2012». — Новосибирск : Сибмедиздат НГМУ, 2012. — С. 617-618.
10. Флейшман А. Н. Медленные колебания гемодинамики. Теория, практическое
применение в клинической медицине и профилактики : монография / А. Н.
Флейшман. — Новосибирск : Наука, 1999. — 266 с.
SPECTRAL FEATURES OF QT-TQ DISPERSION AT TEENAGERS AT ORTHOSTATIC TEST
O. V. Sorokin1,2, V. G. Ephimenko1, A. V. Titenko1, Е. А. Tarasov2,3, А. V. Sokolov2,3
1SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health» (Novosibirsk c.)
2Company «Biokvant» (Novosibirsk c.)
FSBE «Scientific research institute of molecular biology and biophysics» SB RAMS
(Novosibirsk c.)
5-minute durations of сardiointervalography with allocation of spectral dispersing characteristics of QT and TQ intervals are studied for the first time in the present work. Preliminary standard corridors for the parameters reflecting the central tendencies of specified ranges at teenage age are offered. The technique for allocation of QT and TQ intervals is developed and the model for assessment concerning the nature of neurohumoral influences on these phases according to Fourier’s fast transformation — the subphase analysis is offered.
Keywords: сardiointervalography, subphase analysis, teenagers, cardiac cycle, QT TQ periods, orthostasis.
About authors:
Sorokin Oleg Viktorovich — candidate of medical sciences, assistant professor of normal physiology chair at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», office number: 8 (383) 222-62-16, e-mail: biokvant@mail.ru
Ephimenko Valentina Gennadievna — student of the 6th course of medical faculty at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», an e-mail: valentinka1504@rambler.ru
Titenko Anastasia Viktorovna — student of the 2nd course of medical faculty at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: periosteum@mail.ru
Tarasov Evgeny Aleksandrovich — research associate at FSBE «Scientific research institute of molecular biology and biophysics» SB RAMS, head of IT department at Company «Biokvant», office phone: 8 (323) 335-97-56 (additional 114), e-mail: toliky@ngs.ru
Sokolov Anatoly Vladimirovich — research associate at FSBE «Scientific research institute of molecular biology and biophysics» SB RAMS, head of engineering department at Company «Biokvant», office phone: 8 (323) 335-97-56 (additional 114), e-mail: toliky@ngs.ru
List of the Literature:
1. Addison P. S. Wavelet transforms and the ECG : a review / P. S. Addison // Physiol. Meas. — 2005. — Vol. 26. — P. 155-199.
2. Fossa A. A. The impact of varying autonomic states on the dynamic beat-to-beat QT-RR and QT-TQ interval relationships / A. A. Fossa // British Journal of Pharmacology. — 2008. — Vol. 154. — P. 1508-1515.
3. Zong W. QT-interval detection algorithm based on ECG curve length transform / W. Zong, M. Saeed, T. A. Heldt // Comput. Cardiol. — 2006. — Vol. 33. — P. 377-380.
4. The analysis of variability of cardiac rhythm at using various electrocardiographic systems: methodical recommendations / R. M. Bayevsky, G. G. Ivanov, L. V. Chireykin [etc.] // Bull. of Arithmology. — 2001 . — № 24. — P. 65-87.
5. Gayton A. G. Medical physiology / A. G. Gayton, E. Hall. — Logosphera, 2008. — 1296 P.
6. Mikhaylov V. M. Variability of cardiac rhythm: experience of practical application of method / V. M. Mikhaylov. — Ivanovo: Publishing house Ivanovo state medical academy, 2003. — 290 P.
7. Factorial model of vegetative space at teenage age [electronic resource] / O. V. Sorokin,
V. Y. Kulikov, V. Y. Druzhinin [etc.] // Medicine and education in Siberia: electronic scientific magazine. — 2011 . — № 6. — Access mode:
http://ngmu.ru/cozo/mos/article/text_full.php?id=558
8. Sorokin O. V. Features of dispersion of RR, QT and TQ periods at teenagers at carrying out orthostasic test [electronic resource] / O. V. Sorokin, V. G. Ephimenko, A. V. Titenko // Medicine and education in Siberia: electronic scientific magazine. — 2012. — № 4. — Access mode: http://ngmu.ru/cozo/mos/article/text_full.php?id=761
9. Titenko A. V. Dispersion of QT and TQ interval at students when carrying out active orthostasic test / A. V. Titenko, V. G. Ephimenko, O. V. Sorokin //Materials annual competition conference of students and young scientists of «Avitsenna-2012». — Novosibirsk: Sibmedizdat of NSMU, 2012. — P. 617-618.
10. Fleishman A. N. Slow fluctuations of haemodynamics. The theory, practical application in clinical medicine and prevention: monograph / A. N. Fleishman. — Novosibirsk: Science, 1999. — 266 P.
