Вариабилност на сърдечната честота - стандарти за измерване

Сотир Марчев Медицински университет - София, Катедра по вътрешни болести, Клиника по кардиология

Heart rate variability - standarts of measurement

Sotir Marchevt Medical University - Sofia, Department of Internal Medicine, Clinic of Cardiology

В обзора са разгледани съвременните стандарти за измерване вариабилността на сърдечната честота.

Ключови думи: вариабилност на сърдечната честота

In this review the standards of measurement of the heart rate variability are discussed.

Key words: heart rate variability

От отдавна акушерите съдят за влошаване състоянието на плода по падането на неговата сърдечна честота. През 1965 год. Хон и Ли откриват, че могат да предскажат феталния дистрес, още преди да са настъпили каквито и да било промени в самата сърдечна честота, по липсата на нормалната променливост в интервала между сърдечните удари. През 1977 година Wolf и сътрудници си задават въпроса, дали това не може да се използва, освен в акушерството, и в кардиологията. Дали не можем да предскажем фаталните ритъмни нарушения и внезапната смърт след миокарден инфаркт, още преди самата сърдечна честота да се е променила, по варирането на RR - интервала. Те измерват ръчно RR - интервалите при болни с миокарден инфаркт и установяват, че липсата на синусова аритмия е неблагоприятен прогностичен белег.

През март 1996 г. бе публикуван общ европейско - американски стандарт на European Society of Cardiology и на North American Society of Pacing and Electrophysiology, който спомага за стандартизиране на научните изследвания и клиничната употреба на метода [7].

Днес съвременната микрокомпютърна техника позволява автоматично изчисляване на вариабилността на сърдечната честота. Понеже микрокомпютрите трудно разпознават р - вълната, се използва RR - интервала. Затова наличието на променлив синоатриален или АV - блок прави невъзможно изследването на вариабилността на сърдечната честота. Измерват се само интервалите между нормалните синусови съкращения, защото само те отразяват вегетативната инервация към сърцето (обозначават се като NN - интервали). Специализираните компютърни програми разпознават екстрасистолите и не ги включват в измерванията.

Тъй като се използуват RR - интервалите, а не моментната сърдечна честота, някои наричат метода RR вариабилитет, вариабилност на сърдечния цикъл и др. Но публикуваният европейско - американски стандарт утвърди термина вариабилност на сърдечната честота (heart rate variability), понеже е най-широко разпространен [7].

Изследванията на вариабилността на сърдечната честота биват кратковременни (около 5 минутни, които се правят със специализирани ЕКГ - апарати) и дълговременни (около 24 часови, които се правят със специализирани Холтер - монитори).

A. Времеви параметри

Използуват се следните времеви параметри [1,2]:

0. Статистически методи

• SDNN- определя се въз основа на нормалните NN - интервали, като се изчислява тяхното стандартно отклонение. Така включва в себе си всички видове вариативност. Колкото по-дълго трае изследването на вариабилността на сърдечната честота, толкова повече обща вариабилност се натрупва. Затова не може да се сравняват SDNN резултатите от изследвания с различна продължителност.
• SDANN - всеки 5 минути се определя средния RR интервал (така променливостта на сърдечната честота в рамките на всеки 5 минути се губи). SDANN представлява стандартното отклонение на всички такива 5-минутни средни стойности през денонощието. Така той отразява само по-бавните от 5 минути (т.е. под 0,003 Hz) промени в сърдечната честота.
• SD index - всеки 5 минути се определя стандартното отклонение на сърдечната честота. SD index представлява средната стойност на всички такива 5-минутни стандартни отклонения. При усредняването изчезва променливостта на сърдечната честота по-бавна от 5 минути. Затова SD index отразява само вариабилността над 0,003 Hz. Нормално трябва да е над 30 ms.
• rMSSD- средно квадратично на разликите между всеки два последователни нормални RR. Тоест той отразява бързите (високочестотните промени) на вариабилността.
• pNN50- процента на последователните интервалите, които се различават с повече от 50 ms. Понеже се определя от съседни интервали, също отразява бързите (високочестотни промени) на вариабилността. Броя (не процента) на последователните интервалите, които се различават с повече от 50 ms се обозначава с NN50.

pNN50 и rMSSD в известна степен са взаимозаменяеми. Препоръчва се pNN50 да бъде заменян с rMSSD, тъй като има по-добри статистически характеристики (при много бърза сърдечна дейност никои RR - интервали не е различават с повече от 50 msec).

Ако се използва Холтер - монитор, който записва електрокардиограмата върху магнитна лента, при падане на напрежението на батерията, лентата може да “проволачи” и това се отчита като забавяне на пулса. Затова, за изследване на вариабилността на сърдечната честота, се препоръчват системи, които записват времеви маркери върху лентата или най-добре Холтер - монитори, които нямат движещи се части и пишат върху RAM - памет.

1. Геометрични методи

Чрез начертавана на хистограмата на RR - интервалите се изчисляват и следните параметри:

• TINN - Разпределението на RR - интервалите се апроксимира до триъгълник и се измерва основата му в милисекунди.
• HRV- triangular index - Начертава се хистограма на RR - интервалите през 7,8125 ms (1/128 sec - личи си, че изчисленията се правят само с компютри, които предпочитат степените на числото 2). Общият брой на RR - интервалите се разделя на височината на пика на хистограмата.

Основното достойнство на геометричните методи е че те слабо се влияят от екстрасистолите - ако електрониката не успее правилно да разпознае и отстрани екстрасистолите, това не води до чувствителни промени в резултата.

Табл. I Нормални стойности на времевите параметри [7]

A. Честотни параметри

Спектралният анализ на сърдечния ритъм показва количествено различното участие на цикличните въздействия с различно дълъг цикъл върху сърдечната честота.

Циклите често се наименуват не по продължителността им, а по честотата им в херцове (Hz) - в случая това показва каква част от цикъла се извършва за 1 секунда. Например ние обикновено вдишваме и издишваме 15 пъти в минута; тоест едно вдишване и издишване трае 4 секунди. При спектрален анализ този цикъл обикновено не се нарича “4-секунден”, а се обозначава като “0,25 Hz - ов” защото за една секунда се извършва една четвърт от него.

Спектралният анализ представя крайната сърдечна честота като сума от различно силни циклични въздействия с различно дълъг цикъл. Тоест спектралният анализ представлява обратното действие на усредняването. Ако при усредняването от няколко различни въздействия получаваме едно средно сумарно, то при спектралния анализ от една крайна стойност изчисляваме съставилите я въздействия. Действието на спектралния анализ обикновено се оприличава на действието на триъгълната призма върху светлината - разлага я на съставящите я цветове. Аналогично спектралният анализ представя сърдечната честота, като краен резултат от съвместното действие на различно бързи и различно силни циклични въздействия.

Спектралният анализ се извършва математически или чрез бързи трансформации на Фурие (Fast Fourier Transformation - FFT) или чрез авторегресивен анализ (Autoregressive Analysis -AR).

Тъй като спектралният анализ отчита само цикличните въздействия, изследването се извършва в състояние на steady state - пациента лежи спокойно в тиха стая, не му се говори, не слуша радио и т.н. Така се отчитат само вътрешните физиологични ритми, а не реакциите на пулса към външните събития. Колкото по-кратко е измерването, толкова по-вероятно е състоянието на болния да е по-близко до steady state за този период. Затова изследването се извършва за най-краткия период, който дава математически достоверен резултат. При използуване на бързи трансформации на Фурие са необходими поне 3-4 минути (до 5 - 10 мин.); при авторегресивния алгоритъм - по-малко. Специализираните Холтер - монитори обикновено разделят денонощието на къси участъци от по няколко минути и извършват спектрален анализ на всеки интервал самостоятелно. Някои апарати извършват спектрален анализ на цялото денонощие, но физиологичният смисъл на резултата е неясен, понеже е нарушено условието за steady state. Затова докато обикновено времевите параметри се измерват за 24 часа, честотните параметри се измерват за няколко минути.

За да се регистрира въздействието на даден цикъл върху сърдечната честота трябва да има време той да се случи. Както с еднодневно изследване на пациента не можем да разберем нищо за сезонните цикли, така с десетминутно изследване не можем да разгадаем денонощните цикли. С краткотрайния спектрален анализ можем да съдим за до 5-6 минутните цикли.

Спектралният анализ представя кривата на сърдечната честота като сума от правилни синусоиди с различна амплитуда. Резултата се представя като графика, при която на абсцисата са различните честоти, а на ординатата - енергията на съответната честота. Енергията на дадена честота отговоря на площта под синусоидата с тази честота и затова се измерва в ms2. Някои апарати представят на ординатата корен квадратен от енергията и това отговаря на амплитудата на съответната синусоида (и мерната единица е ms).

Колкото един цикъл в сърдечния ритъм е по-изразен, толкова по-висок пик има в кривата на спектралния анализ срещу съответната честота. Например ако човек диша равномерно 15 пъти в минута (тоест с честота 0,25 Hz), това малко или повече се отразява на сърдечната честота (при различни хора различно) и при спектралния анализ има пик срещу 0,25 Hz. Ако човек диша 20 пъти в минута (напр. под метроном) сърдечната честота забавя и учестява 20 пъти в минута и при спектралния анализ пика е срещу 0,33 Hz. Ако по време на изследването дихателната честота се мени от 15 до 20/мин пика се размива между 0,25 и 0,33 Hz; затова е желателно изследването да е в състояние на steady state.

Непрекъснатия спектър от влияещи върху сърдечния ритъм честоти се разделя на няколко зони; при обичайния кратковременен спектралния анализ - на високи, ниски и много ниски честоти; при спектрален анализ на цялото денонощие - и на ултра ниски честоти. По-рано границите между тях не бяха точно дефинирани и изследователите сами решаваха, къде точно да ги разделят. След публикуването на общия европейско - американски стандарт вече се използуват препоръчаните там граници [7]:

• HF - високи честоти (0,15 - 0,4 Hz) т.е. цикли от 2,5 сек до 6,7 сек. Това са най-бързите промени в сърдечната честота. Върха на пика е около 0,25 Hz, което отговоря на средната дихателна честота (тоест 4 - секунден ритъм). Причиняват се от вагуса и са дихателно обусловени (дихателна аритмия)[4,6]
• LF - ниски честоти (0,04 - 0,15 Hz) т.е. цикли от 6,7 сeк до 25 секунди. Върха на пика е около 0,1 Hz, което отговоря на 10 - секунден ритъм. Причиняват се и от вагуса и от симпатикуса [5]
• VLF - много ниски честоти (0,017 - 0,04 Hz) т.е. цикли от 25 сек. до 5,6 минути
• ULF - ултра ниски честоти (Ј 0,003 Hz) т.е. цикли по-дълги от 5,6 мин. Генезата на VLF и ULF е неясна. Предполага се участието на системата ренин - ангиотензин - алдостерон, от метаболизма и терморегулацията [3]

Табл. II Нормални стойности на честотните параметри [7]

Табл. III Приблизителното съответствие между времевите и честотните параметри при 24-часово изследване [7]

Книгопис

1. Марчев С. Исхемична болест на сърцето и вариабилност на сърдечната честота. Национална кардиологична конференция, София, 3-4 юни 1994
2. Марчев С., Р. Радославова, М. Господинова, Л. Терзиева, А. Еленкова: Вариабилност на сърдечната честота в острия стадий на миокардния инфаркт. Пети национален конгрес по кардиология, 26 - 28 септември 1996, Варна
3. Ходжева Д., Л. Грънчаров, Б. Шахов: Вариабилност на сърдечния ритъм: клинично значение. Сърдечно - съдови заболявания. 1996 г. бр. 1 стр. 7-16
4. Malik M, Camm AJ. Components of heart rate variability - What they really mean and what we really measure. Am J Cardiol. 1993; 72:821-822
5. Malliani A, Lomardi F, Pagani M: Power spectrum analysis of heart rate variability: a tool to explore neural regulatory mechanisms. Br Heart J 1994; 71:1-2
6. Saul JP. Beat-to-beat variations of heart rate reflect modulation of cardiac autonomic outflow. NIPS 1990 5:32-37
7. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation and clinical use. Circulation. 1996 Mar 1; 93(5): 1043-65