Вариабилност на сърдечната честота

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

Heart rate variability

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

В обзора е разгледана вариабилността на сърдечната честота - измерване, физиологични основи, промени при различни заболявания и клинично значение.

Ключови думи: вариабилност на сърдечната честота, миокарден инфаркт, сърдечна недостатъчност, сърдечна трансплантация

In this review the heart rate variability (measurement, physiological correlates, changes to specific pathologies and clinical use) is discussed.

Key words: heart rate variability, myocardial infarction, heart failure, cardiac transplantation

Марчев С. Вариабилност на сърдечната честота. Българска кардиология 1997 бр. 2 стр. 55-60

За целите на научното познание човешкият организъм е разделен на сърдечно-съдова, нервна, ендокринна и т.н. системи, въпреки че те представляват едно единно и взаимно свързано цяло. С напредъка в проучванията във всяка една от тези системи, постепенно изследванията се пренасят към връзката между тях. Затова вариабилността на сърдечната честота, отразяваща връзката между сърдечно - съдовата система и нервно - ендокринната е особено актуална.

Вариабилността на сърдечната честота е количествен израз на синусовата аритмия.Кардиолозите са свикнали да разглеждат неритмичната сърдечна дейност като патологичен феномен. Това вероятно идва от големия клиничен опит с предсърдното мъждене и камерните екстрасистоли, които отразяват нарушени интракардиални регулаторни механизми и са негативен прогностичен фактор при органичните сърдечни заболявания. Затова практикуващият кардиолог е учуден да научи, че абсолютно правилният синусов ритъм е също белег на нарушени сърдечни регулаторни механизми, и че намалената вариабилност на сърдечната честота е неблагоприятен прогностичен белег след миокарден инфаркт.

Вариабилността на сърдечната честота, на практика, се измерва само чрез електрокардиограма. Първото проучване показало, че липсата на синусова аритмия е предиктор на повишена смъртност след миокарден инфаркт, е направено с ръчно измерване на RR - интервалите, но днес измерванията се извършват само електронно.

Най-точно интервала между две сърдечни активирания се измерва чрез р-р интервала (при липса на променлив синоатриален блок). Понеже микрокомпютрите трудно разпознават р - вълната, се използва RR - интервала, който при липса на променлив АV - блок, е равен на р-р интервала. Наличието на 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.

Изследванията на вариабилността на сърдечната честота биват: кратковременни - около 5 минутни, които се правят с специализирани ЕКГ - апарати, дълговременни - около 24 часа, които се правят с специализирани Холтер - монитори.

Времеви параметри

Използуват се следните времеви параметри:

• 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. Затова 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.
• rMSSD средно квадратично на разликите между всеки два последователни нормални RR. Тоест той отразява бързите (високочестотните промени) на вариабилността.
• pNN50процента 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

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) - 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 чрез бързи трансформации на Фурие или чрез авторегресивен анализ.

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 работи радио и т.н. Така отчитаме 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 цикли, не по-дълги от 5-6 минути.

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. 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 [10]:

• HF- високи честоти (0,15 - 0,4 Hz) т.е. цикли от 2,5 сек до 6,7 секунди
• LFниски честоти (0,04 - 0,15 Hz) т.е. цикли от 6,7 сeк до 25 секунди
• 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 минути

Влияние на вегетативната нервна система върху спектралните компоненти

HF - високи честоти (0,15 - 0,4 Hz) - 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). Симпатикуса не може толкова бързо да променя тонуса си (адреналина и норадреналина се разграждат по-бавно от ацетилхолина). Основание за това, че са вагусово медиирани са:

• намаляват от атропин
• изчезват при ваготомия
• при дълбоко дишане се усилват
• при изкуствено стимулиране на вагуса с електростимулатор нарастват [1]

LFниски честоти (0,04 - 0,15 Hz). Върха на пика е около 0,1 Hz, което отговоря на 10-секунден ритъм. Всички автори са съгласни, че са симпатикусово медиирани, защото:

• намаляват от бета -блокери
• липсват при пациенти с травматична квадриплегия с пълно прекъсване на гръбначния мозък на ниво С6-С7. У тези пациенти са прекъснати спиналните симпатикусови пътища свързващи супраспиналните сърдечно - съдове центрове с периферните симпатикови нерви, докато вагуса е интактен
• нарастват при нитроглицеринова хипотония
• при изкуствено стимулиране на вагуса с електростимулатор намаляват

Според някои автори в тяхната генеза участва и вагуса

VLFмного ниски честоти (0,017 - 0,04 Hz) и ULF- ултра ниски честоти (Ј 0,003 Hz)- най-бавните промени. Тяхната генеза е неуточнена. Предполага се, че са обусловени от системата ренин - ангиотензин - алдостерон, от метаболизма и терморегулацията.

Влиянието на вегетативната нервна система върху общата вариабилност

Колкото пулса е по-нисък толкова RR - интервалите са по-дълги и тяхната променливост, в абсолютна стойност (в msec) е по-голяма. Колкото пулса е по-бърз, толкова RR - интервалите са по-къси и тяхната вариабилност в абсолютна стойност е по-малка. Затова вариабилността на сърдечната честота силно зависи от пулса; вагуса, който забавя пулса, е увеличава; симпатикуса ускорявайки пулса, я намалява. Просто едни и същи процентни промени в RR - интервала означават различни промени в абсолютна стойност, според дължината на RR - интервала. Но вариабилността на сърдечната честота зависи не само от пулса. Тя носи в себе си и допълнителна информация, която липсва в средния пулс. Различни пациенти могат да имат различна вариабилност на сърдечната честота при един и същ среден пулс.

Поради това, че симпатикуса намалява общата вариабилност, влиянието му върху ниските честоти се разкрива, когато те се измерват в нормализирани единици (тоест като част от цялата вариабилност). Например при пасивно изправяне (tilt) на легнал върху подвижна плоскост пациент, симпатикуса се активира. Това води до учестяване на пулса и от там намаляване на общата вариабилност. Поради това в абсолютна стойност намаляват и ниските и високите честоти. Затова ако работим само в абсолютни стойности може погрешно да заключим, че симпатикуса намалява ниските честоти; но ако използваме нормализирани единици, ще установим, че ниските честоти са се увеличили (като част от цялата вариабилност) [7].

Какво всъщност измерваме с вариабилността на сърдечната честота?

Когато вагуса повиши тонуса си, пулса забавя; когато вагуса намали тонуса си пулса учестява. Колкото повече вагуса мени тонуса си, толкова вариабилността на сърдечната честота е по-голяма. Тоест вариабилността на сърдечната честота зависи от променливостта на вагуса, а не от тонуса му, въпреки че между нивото на вагуса и амплитудата на промените му има известна корелация. Колкото вагуса е по-потиснат, толкова амплитудата на промените му е по-малка и от там вариабилността на сърдечната честота е по-ниска. Обаче когато вагуса е максимално активиран, във всеки един момент той е на максимума си, тоест не се мени и вариабилността на сърдечната честота спада драстично [8].

Аналогично е и положението със симпатикуса. Ниските честоти отразяват неговата променливост, а не неговото ниво. Доколкото между нивото на симпатикуса и амплитудата на неговите промени има корелация, дотолкова ниските честоти нарастват (в нормализирани единици) при активиране на симпатикуса. Когато симпатикуса обаче е максимално активиран, той във всеки момент е на максимума си и не се мени, и ниските честоти при спектрален анализ рязко намаляват. Обозначава се като ефект на насищане (сатурация) на въздействието върху синусовия възел [5].

Миокарден инфаркт

Подтиснатата вариабилност на сърдечната честота след миокарден инфаркт вероятно отразява намалена вагусова активност към сърцето, което води до доминиране на симпатиковите механизми и до сърдечна електрическа нестабилност. В острата фаза на миокардния инфаркт намалението на 24 - часовия SDNN корелира с левокамерната дисфункция, пиковата креатин киназа и с класа по Killip [2,3].

Механизмът, по който вариабилността на сърдечната честота след миокарден инфаркт е временно подтисната, не е напълно изяснен. Предполага се, че се причинява от нарушения в невроналната активност откъм сърцето, водеща до симпатосимпатикови и симпатиковагални рефлекси. Промените в геометрията на биещото сърце, вследствие на некротични и несъкращаващи се сегменти, водят до абнормно възбуждане на симпатиковите аферентни влакна чрез механично дразнене на сензорните им окончания. Това симпатиково възбуждане подтиска активността на вагусовите влакна, инервиращи синусовия възел.

Спектралния анализ на вариабилността на сърдечната честота при пациенти с остър миокарден инфаркт показва намалена обща и индивидуална енергия на спектралните компоненти. При използване на нормализирани единици, обаче, се установява на нарастване на ниските и намаление на високите честоти. Тези промени показват изместване на симпатиковагалния баланс към симпатиково доминиране и намален вагусов тон. Това води до повишение на LF/HF отношението. Наблюдава се и изчезване на дневно - нощните промени на RR - интервалите. При слединфарктните пациенти с много подтисната вариабилност на сърдечната честота болшинството от резидуалната енергия е в VLF обхвата под 0,03 Hz с много малки респираторно зависими високи честоти. Тези характеристики на спектралния профил са подобни на тези наблюдавани при напреднала сърдечна недостатъчност и вероятно отразяват насищащо въздействие върху синусовия възел от непрекъснато високия симпатиков тон.

Успешната фибринолиза води до повишаване на вариабилността след миокарден инфаркт. Вероятно фибринолизата, намалявайки ремоделирането и геометричните промени на формата на сърцето, води до намалено активиране на вегетативните чувствителни окончания в сърцето и от там до намалено рефлекторно активиране на симпатикуса.

След миокарден инфаркт прогностично значение има ниската вариабилност на сърдечната честота установена, както с кратковременни (около 5 минутни) ЕКГ - изследвания, така и с дълговременни (около 24 часа) Холтер - изследвания. Колкото обаче по-дълго е траело изследването, толкова предсказващата му сила е по-голяма. Затова се препоръчва кратковременният спектрален анализ на сърдечната честота да се използва за първоначален скрининг след миокарден инфаркт, а на болните, при които той даде данни за намалена вариабилност, да се назначава Холтер - изследване.

Вариабилността на сърдечната честота е подтисната веднага след острия миокарден инфаркт и започва да се възстановява до няколко седмици; тя е максимално, но не напълно възстановена 6 - 12 месеца след миокардния инфаркт. Оценката на вариабилността на сърдечната честота както в ранните стадии на миокардния инфаркт (първите 2 - 3 дни), така и преди изписването (1 - 3 седмици след началото) дава важна прогностична информация. Измерването на вариабилността на сърдечната честота една година след инфаркта предсказва по-нататъшната смъртност.

Възникват някои въпроси:

Коя смъртност предсказва понижената вариабилност на сърдечната честота - внезапната или общата?

И двете, но повече внезапната. Понижената вариабилност на сърдечната честота е толкова мощна, колкото фракцията на изтласкване, за предсказване на общата сърдечна смъртност при пациенти след миокарден инфаркт, но е по-мощна от фракцията на изтласкване за предсказване на внезапната сърдечна смърт и симптоматичната камерна тахикардия. Тези резултати са в унисон с днешните патофизиологични схващания. Понижената фракция на изтласкване, отразявайки нарушената камерна функция, идентифицира пациентите под риск за невнезапна смърт, част от които евентуално ще развият камерно мъждене и умрат внезапно. Понижената вариабилност на сърдечната честота, обратно, отразява липсата на вегетативна защита срещу камерното мъждене и затова по-мощно предсказва внезапната смърт и ритъмните усложнения.

След инфаркт, коя смъртност предсказва понижената вариабилност на сърдечната честота - ранната или късната?

Вариабилност на сърдечната честота е по-предсказваща за по-ранните явления след миокарден инфаркт. В проучване на Odemuyiwa и сътр. потиснатата вариабилност на сърдечната честота е независим предиктор на смъртността само по време на първите 6 месеца от проследяването. Измерването на вариабилността на сърдечната честота една година след инфаркта предсказва по-нататъшната смъртност.

Може ли чрез вариабилността на сърдечната честота прединфарктно да предскажем смъртността от последващ инфаркт?

Не. Hull и сътр. изследват вариабилността на сърдечната честота в кучета преди и един месец след експериментален миокарден инфаркт. Те не откриват никаква разлика във вариабилността на сърдечната честота, изследвана преди инфаркта, между животните, които преживяват един месец и тези, които загиват внезапно през този период. Слединфарктно, обаче, вариабилността на сърдечната честота е била по-ниска в животните, които развиват камерно мъждене при натоварване и исхемия.

Намалената вариабилност на сърдечната честота само за сърдечна - съдовите заболявания ли е характерна?

Не. Данните за значително намалена вариабилност на сърдечната честота при бъбречна недостатъчност и нейното възстановяване след хемодиализа, показват, че при всяко тежко общо състояние със значително активиран симпатикус може вариабилността да е намалена.

Сърдечна недостатъчност

При пациентите със сърдечна недостатъчност се наблюдава намалена вариабилност на сърдечната честота. Наблюдава се корелация между тежестта на сърдечната недостатъчност и степента на намаление на вариабилността на сърдечната честота. При спектрален анализ на сърдечната честота се наблюдава намаление на високите честоти. Ниските честоти при някои пациенти са повишени, а при други, обикновено с по-тежка миокардна дисфункця - намалени. Намалената вариабилност се обяснява с повишената сърдечна честота, потиснатия парасимпатикус и с насищане на въздействието на максимално активирания симпатикус върху синусовия възел.. Пониженият вагусов тонус обуславя и понижените високи честоти. Повишеният симпатикусов тонус води до повишение на ниските честоти в някои пациенти. Когато симпатикусът е екстремно активиран се наблюдава ефект на насищане на въздействието му върху синусовия възел и ниските честоти намаляват.

Наличието на Чейн - Стоксово дишане при някои болни се регистрира като повишение на много ниските честоти (VLF). Ако тези пациенти волево започнат да дишат равномерно, това повишение изчезва.

Сърдечна трансплантация

При наскоро транспалантирани сърца вариабилността на сърдечната честота е силно редуцирана, без обособени отделни спектрални компоненти. Появата на обособени отделни спектрални компоненти в някои пациенти се смята за проява на сърдечна реинервация [6]. Появата на реакция на отхвърляне на трансплантанта води до повишаване на вариабилността на сърдечната честота, но, за разлика от реинервацията, без обособени спектрални компоненти - наблюдават се осцилации по целия спектър (тип “бял шум”). Механизма на нарастване на вариабилността на сърдечната честота при отхвърляне на трансплантанта не е ясен; предполага се нарушение на проводимостта от имунологичните реакции.

Клинично значение

В момента вариабилността на сърдечната честота се използва за:

• Прогнозиране на риска след миокарден инфаркт
• Ранна диагноза на диабетната невропатия
• Оценка на тежестта и прогнозата на сърдечната недостатъчност
• Следене състоянието на трансплантанта след присаждане на сърце
• Диагностика на мозъчната смърт
• Оценка на състоянието на плода преди и по време на раждането
• Метод за определяне ефекта на лекарствата върху вегетативната нервна система
• Метод за определяне участието на вегетативната нервна система в патогенезата на различните заболявания

Вариабилността на сърдечната честота по отношение на нервно - ендокринната система е като скоростта на утаяване на еритроцитите за хуморалната система. Както повишената СУЕ показва наличие на заболяване и се повишава при влошаването му и намалява при оздравяване, така намалената вариабилност на сърдечната честота показва заболяване, намалява още при прогресирането му и нараства при подобрение.

Вариабилността на сърдечната честота се определя неинвазивно и измерването й е единственият неинвазивен метод за оценка на вегетативната инервация на сърцето.

Медикаменти и въздействия които увеличават вариабилността, като бета блокери, АСЕ -инхибитори, рехабилитация, физическа активност, спиране на тютюнопушенето са свързани и с подобрена прогноза след миокарден инфаркт, а въздействия, които я намаляват, например някои антиаритмични медикаменти от IС група са асоциирани с повишена смъртност [9]. Това стимулира проучванията за използване на вариабилността на сърдечната честота за предсказване ефекта на медикаментозните и немедикаментозните въздействия.

Възниква въпроса, ако медикаментозно активираме вагуса след миокарден инфаркт и така повишим вариабилност на сърдечната честота, ще намалим ли смъртността? Опити се правят с малки дози скополамин. Той, както и атропина, в много ниска доза има парадоксален вагомиметичен ефект. Първоначалните опити с кучета, обаче, показват че въпреки че ниските дози скополамин наистина повишават вариабилността на сърдечната честота след експериментален миокарден инфаркт, те не намаляват смъртността. Ако тези данни бъдат потвърдени от следващите проучвания, излиза че е важно не само да бъде повишена вариабилността на сърдечната честота, но и това по какъв начин става това повишаване [4].

Книгопис

1. Казакова М., Х. Бакърджиян, И. Даскалов: Спектрален анализ на вариабилността на сърдечния ритъм като метод за изследване на нервно-вегетативната регулация на сърцето. Педиатрия 1993 2:47-50
2. Марчев С. Исхемична болест на сърцето и вариабилност на сърдечната честота. Национална кардиологична конференция, София, 3-4 юни 1994
3. Марчев, З. Кунева, С. Халачева, Т. Драганов, К. Бянов, Л. Терзиева, А. Еленкова: Вариабилност на сърдечната честота в острия стадий на миокардния инфаркт. Девети национален конгрес по вътрешни болести, 2-3 декември 1995, София
4. Barron-HV; Lesh-MD Autonomic nervous system and sudden cardiac death. J-Am-Coll-Cardiol. 1996 Apr; 27(5): 1053-60
5. 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
6. Malik M, Camm AJ. Heart rate variability and clinical cardiology. Br Heart J. 1994; 71:3-6
7. 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
8. Saul JP. Beat-to-beat variations of heart rate reflect modulation of cardiac autonomic outflow. NIPS 1990 5:32-37
9. Stein-PK; Bosner-MS; Kleiger-RE; Conger-BM Heart rate variability: a measure of cardiac autonomic tone. Am-Heart-J. 1994 May; 127(5): 1376-81
10. 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