Вариабельность сердечного ритма как отражение нервно-гуморальной регуляции

 

Ритм сердца определяется свойством автоматизма, т.е. способностью клеток проводящей системы сердца спонтанно активироваться и вызывать сокращение миокарда. Автоматизм обусловлен возникновением спонтанной деполяризации клеток синусового узла. Обычная частота синусового импульсообразования – 60-80 импульсов в минуту. Колебания ЧСС связаны, с одной стороны – с собственной активностью синусового узла (интракардиальные рефлексы), а с другой – с влиянием вышестоящих центров регуляции [235]. Анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) – определение степени изменчивости последовательных RR-интервалов или мгновенной ЧСС в кардиограмме – стал важным инструментом оценки рисков.

Для анализа колебаний RR-интервалов за более чем полвека разработан широкий спектр математического инструментария, который включает в себя: статистические, геометрические, спектральные, нелинейные алгоритмы. Эволюцию математического аппарата анализа RR-интервалов наглядно продемонстрировал в своем обзоре George E. Billman [18] (Рисунок 4). По существу весь набор математических методов анализа ВСР является избыточным, многие показатели тесно коррелируют [240]. Однако важно, что каждый из подходов имеет свои ограничения в применении и свое разрешение по времени.

Наиболее точным по времени является спектральный анализ временных рядов RR-интервалов. Кроме того, выделение периодических составляющих в ритме сердца позволяет определить действующую структуру системы нервно-гуморальной регуляции.

Впервые различные типы волн в последовательностях RR-интервалов выделили и описали А. Флейш и Р. Бекман в 1932 г. [цит. по: 261]. Ритмическая активность пейсмекерных клеток синусового узла взаимосвязана с эндокринными и гуморальными процессами, изменяющими порог спонтанной деполяризации пейсмекеров синусового узла [23; 179; 225]. Это приводит, к увеличению или уменьшению интервала между циклами сердечных сокращений и, следовательно, понижению или повышению ЧСС. Так, факторы, регулирующие ЧСС, будут влиять и на вариабельность сердечного ритма. Важная особенность этого процесса заключается в том, что активность указанных факторов изменяется периодично [238; 271; 261; 176]. Однако, стоит отметить, что кроме периодических модуляций различных факторов в ВСР имеются также и непериодические составляющие.

Рис. 4. Временная последовательность некоторых из важнейших событий в истории исследования ВСР [по: 18].

На данный момент в классике анализа изменчивости RR-интервалов принято выделять 3 частотных диапазона в спектре ВСР: высокочастотные колебания (0,15-0,4 (по некоторым данным до 0,6) Гц), низкочастотные колебания (0,04-0,15 Гц), очень низкочастотные колебания (0,015-0,04 Гц), которые, как полагают, отражают 3 звена в автономном контуре регуляции сердечного ритма. В принципе это положение достаточно подробно экспериментально подтверждено.

Высокочастотные (ВЧ) волны  на спектрограммах здоровых людей в контексте покоя, как правило, представлены лишь одним пиком, в большинстве случаев расположенным на 0,2-0,3 Гц [303; 5; 275]. Установлено также, что ВЧ колебания последовательности RR-интервалов связаны с актом дыхания [13; 16; 137; 222; 11]. Доказательством дыхательной природы ВЧ колебаний в ВСР является, в первую очередь, совпадение частоты дыхания (ЧД) с частотой ВЧ пика спектра ВСР. С каждым вдохом длительность RR интервалов уменьшается (ЧСС повышается), с каждым выдохом – увеличивается (ЧСС уменьшается) [268; 164; 64; 222].

Механизмы взаимосвязи дыхательных колебаний с изменением длительности RR-интервалов в современной физиологии еще исследуются. Достоверно установлено, что эфферентным звеном в этом процессе является блуждающий нерв [83; 143; 189; 19; 153; 154; 31]. Так, в работах показано, что при назначении блокаторов m-холинорецепторов или тотальной перерезки блуждающего нерва наблюдается исчезновение дыхательной модуляции сердечного ритма [46; 6; 163; 20].

При анализе ВЧ колебаний обнаружено несколько феноменов, которые наблюдаются у здоровых людей (при соблюдении всех условий записи). Они включают в себя: несовпадение частоты дыхательного пика и ЧД; наличие нескольких пиков в ВЧ диапазоне, амплитуда которых примерно одинакова; наличие одного пика максимальной амплитуды, и дополнительных пиков, величина которых уменьшается по мере удаления от основного пика, при этом частоты наблюдаемых пиков, как правило, кратны друг другу; не уменьшение, а, напротив, увеличение длительности RR-интервалов (уменьшение ЧСС) при вдохе; отсутствие дыхательных волн в последовательности RR-интервалов у полностью здоровых людей [261].

Первый из феноменов - несовпадение частоты дыхательного пика в спектре ВСР и ЧД можно объяснить задержкой проведения возбуждения по нейронной цепи ретикулярной формации продолговатого мозга от дыхательного центра к сосудодвигательному, что влечет за собой сдвиг частот дыхательных волн в ритме сердца в более медленную сторону. Что в свою очередь подтверждает участие ЦНС в образовании ДА.

Второй из феноменов – несколько пиков в ВЧ диапазоне спектра ВСР, амплитуда которых относительно одинакова, вероятно, связан с другими не дыхательными, нейрорефлекторными взаимодействиями сердца и других органов [278].

Наблюдение в спектре ВСР одного пика с максимальной амплитудой и дополнительных пиков, амплитуда которых уменьшается по мере удаления от основного, может быть связано с непостоянной ЧД, колеблющейся возле определенной средней величины, задаваемой центральным физиологическим осциллятором, а также с механизмами рекуррентной мультипликации ритмов в ЦНС [249].

Увеличение длительности RR-интервалов (уменьшение ЧСС) при вдохе может быть связано с взаимовлияниями процесса передачи возбуждения от дыхательного центра к сосудодвигательному.

Отсутствие дыхательных пиков в спектре ВСР, может отражать повышенную ингибирующую симпатическую модуляцию или недостаточную модуляцию со стороны парасимпатической нервной системы на дыхательный и сосудодвигательный центры [81; 261].

В итоге ВЧ колебания сердечного ритма отражают связь между блуждающим нервом и синусовым узлом и оказываемые при этом нервногуморальные влияния. Поэтому значения спектральной мощности (плотность) в ВЧ диапазоне спектра ВСР связаны с активностью парасимпатического звена вегеативной нервной системы [261].

Низкочастотный (НЧ) диапазон спектра ВСР при анализе записей RR-интервалов, измеренных в состоянии покоя (в положении лежа, сидя), как правило, представлен одиночным пиком с частотой 0,1 Гц [302; 238; 125; 299]. Однако данная частота может меняться от 0,05 Гц и 0,15 Гц. Кроме того, аналогично, НЧ диапазон спектра может быть представлен не одним, а несколькими пиками.

По сути, волновой пик с частотой 0,1 Гц в спектре ВСР означает, что в организме имеются механизмы модуляции сердечного ритма с периодом 10 с. Колебания с таким же периодом регистрируются в ритме АД, которые названы волнами Л. Траубе, впервые описавшего их в 1865 г. [цит. по: 261]. Был проведен кросс-спектральный анализ ритмов АД и ЧСС, в процессе которого установлено, что удлинение RR-интервалов (уменьшение ЧСС) связано с предшествующим повышением АД. По мнению Каремакера [107] это является доказательством того, что модуляции ритма ЧСС на частоте 0,1 Гц являются следствием колебаний АД, в основе чего лежит барорефлекторный механизм [76]. Это значит, что при повышении АД угнетается симпатическая и увеличивается парасимпатическая активность, что непременно приводит к удлинению RR-интервалов [91]. Это противоречит положению о том, что повышение АД является признаком симпатической активизации.

Эксперименты, включающие одновременную запись АД и симпатических нейрональных разрядов, выполненные с помощью микроэлектродной техники, показали повышение АД, которое наступает примерно с 2х с задержкой после вспышки симпатической активности [33; 25]. Поэтому большинство исследователей интерпретируют модуляцию АД на частоте 0,1 Гц как следствие генерализованных вспышек симпатической вазомоторной активности, которые возникают с такой же частотой [152; 142; 122; 172; 111; 66].

Пока имеются разногласия в попытках объяснения происхождения генерализованной симпатической активности. Одни авторы полагают, что в основе генеза этого ритма лежат барорецепторные структуры [107; 57; 114; 116]: при падении АД ниже определенного уровня происходит активация барорецепторов, вследствие чего возникает увеличение симпатической вазомоторной активности и сужение сосудов. Тогда АД повышается, достигая некоторого максимального значения, и после этого снова падает. Данный цикл многократно повторяется. Такая гипотеза называется барорефлекторной. Дополнительным доказательством ее является то, что растяжение каротидного синуса, создавая над шейной областью локальную зону пониженного барометрического давления в течение 0,6 с, приводит к возникновению затухающих по амплитуде колебаний ЧСС с периодом 10 с.

Со стороны другой точки зрения, генерализованная симпатическая активность задается специальным осциллятором, который располагается в нейрональной сети ствола мозга. Им определяются модуляции интенсивности потоковой импульсации симпатических сосудодвигательных нейронов на частоте 0,1 Гц [159; 40]. Эти колебания передаются к сердцу и сосудам по симпатическим эфферентным нервным волокнам и вызывают активацию метасимпатических кардиальных структур, которые осуществляют базовую иннервацию органа. Это приводит к возникновению колебаний ЧСС и АД на частоте 0,1 Гц. То есть колебания ЧСС связаны с колебаниями АД, а временной сдвиг ритмов ЧСС и АД, объясняется различной длиной эфферентных путей. Для проверки этого предположения, необходимо сопоставление характеров нейрональной активности симпатических нервов сердца и вазомоторных эфферентов. Подтверждением существования центрального механизма формирования НЧ колебаний в ритме сердца являются исследования R. Cooley с соавт. [50]. Они показали отсутствие взаимосвязей между ВСР и вариабельностью АД на выборке больных с диагнозом сердечной недостаточности, которым имплантировалось устройство вспомогательного кровообращения [50].

Согласно другой гипотезы, 0,1-герцовый ритм является следствием ритмических миогенных реакций артериол, которые через барорефлекторный механизм изменяют ЧСС [98].

Стоит отметить, что назначение атропина (блокатора холинергических рецепторов) устраняет не только ВЧ компонент спектра ВСР, но и, по данным некоторых работ, значимо снижает мощность НЧ составляющей спектра ВСР [150]. Результатом этого наблюдения стало предположение о том, что блуждающий нерв влияет на формирование всего диапазона спектра. Однако в этом случае, к сожалению, игнорируется то, что атропин обладает как периферическими, так и центральными механизмами действия и, следовательно, способен угнетать центральный механизм формирования НЧ ритма в ЦНС.

Можно предположить, что формирование 0,1-герцового ритма колебаний RR-интервалов является результатом участия всех трех механизмов (барорефлекторный, центральный и миогенный). В итоге, для практического использования важным является то, что НЧ модуляции сердечного ритма связаны с активностью постганглионарных симпатических волокон, и их спектральная мощность (плотность) отражает активность симпатического звена ВНС в  регуляции сердечного ритма [261, 294].

Как правило, увеличение мощности НЧ колебаний сопровождается снижением мощности ВЧ колебаний (однако не всегда), что может быть результатом существования специальных взаимореципрокных отношений между ними. Такие взаимодействия наблюдаются также между парасимпатическим и симпатическим отделами ВНС, которые определяют наличие этих волновых колебаний в ВСР. Это стало основанием для использования отношения мощностей НЧ и ВЧ диапазонов спектра ВСР (коэффициент LF/HF – индекс вегетативного баланса (ИВБ)) для оценки уровня вегетативного баланса [125; 130; 129].

Важно заметить, что помимо классических, перечисленных выше, частотных диапазонов ряд авторов в последние годы обращает внимание на присутствие в спектре ВСР очень высокочастотных колебаний: от 0,6 до 2 Гц. Анализ очень высокочастотной составляющей спектра ритмограммы показал информативность этих диапазонов для контроля функционального состояния пациентов в контексте послеоперационного восстановления [200]. Другие исследования демонстрируют наличие сверхвысокочастотных компонентов (VHF – very high frequency) в структуре спектра вариабельности сердечного ритма не только у больных, но и у здоровых людей [248].

Открытие сверхвысокочастотных колебаний в спектре ВСР, по всей видимости, связано с более корректным применением математических алгоритмов спектрального анализа к обработке ритмограмм.

Так как период сверхвысокочастотных колебаний RR-интервалов составляет примерно 1 с, есть основания полагать, что они отображают постоянную частоту собственных колебаний сердца и моды, связанные с краткосрочными – быстрыми системными регуляторными воздействиями.