Способ определения вегетативной активности при нагрузочном тестировании
Изобретение относится к медицине, в частности к неврологии и кардиологии. Проводят электрокардиограмму при велоэргометрическом тестировании. Анализируют путем создания математической модели кардиоритмограммы (КРГ) нагрузочного и восстановительного периодов. Исключают из ее временного ряда наилучшие тренды, определенные методом наименьших квадратов в оптимальных временных интервалах. Выявленную последовательность подвергают спектральному анализу. Плотности спектров, полученные в диапазонах 0.15-0.4 Гц (HF) и 0.04-0.15 Гц (LF), моделируются линейной регрессией. Значение критериев: LFн в интервале 3,37-3,82 определяет удовлетворительную, менее 3,37 - низкую, более 3,82 - высокую симпатическую активность нагрузочного периода. Значение НFн в интервале 3,69-4,5 определяет удовлетворительную, менее 3,69 - низкую, более 4,5 - высокую парасимпатическую активность нагрузочного периода. Значение LFв в интервале 0,86-4,1 определяет удовлетворительную, менее 0,86 - низкую, более 4,1 - высокую симпатическую активность восстановительного периода; НFв в интервале 0,84-6,06 определяет удовлетворительную, менее 0,84 - низкую, более 6,06 - высокую парасимпатическую активность восстановительного периода. Способ позволяет продифференцировать симпатическое и парасимпатическое влияние на регуляцию сердечного ритма. 1 з.п.ф-лы, 3 табл., 2 пр., 3 ил.
Изобретение относится к области медицины, точнее кардиологии, неврологии, касается способов оценки вегетативной регуляции сердечного ритма и может быть применено для определения симпато-парасимпатического обеспечения физической толерантности, выносливости, тренированности в клинике, фитнессе и спорте.
Известен ряд способов математического анализа сердечного ритма, из которых в нашей стране наиболее распространен способ Р.М. Баевского, который включает несколько методов изучения вариабельности ритма сердца (ВРС), в результате применения которых на основании установленных конкретных критериев предлагается заключение о состоянии вегетативного контроля сердечного ритма [1].
Существует способ анализа ВРС на коротком участке записи ЭКГ, изложенный в обзорной статье [2], при котором в результате спектрального анализа КРГ весь полученный спектр колебаний разделяют на 3 диапазона: колебания очень низкой частоты, или VLF (от 0 до 0,04 Гц), колебания низкой частоты, или LF (от 0,04 до 0,15 Гц), и колебания высокой частоты, или HF (от 0,15 до 0,4 Гц), и определяют среднюю мощность колебаний в каждом из диапазонов.
Кроме того, применяется способ определения переносимости физической нагрузки по точке ускользания сердечного ритма от вегетативного контроля [3] путем уточнения ее локализации при пересечении моделирующих трендов нагрузочной КРГ.
Недостатком 1 и 2 способов анализа СР является возможность их применения только в статическом состоянии пациента (лежа, сидя, стоя) в условиях стационарности ритмограммы, что ограничивает информативность применяемых спектральных показателей. Недостатком 3 способа является невозможность дифференциации симпато-парасимпатического контроля в регуляции сердечного ритма.
Предлагаемым изобретением решается задача вегетативного контроля нагрузочной толерантности.
Цель изобретения - расширение возможностей оценки сердечного ритма с одновременным повышением информативности и диагностической эффективности способа.
Поставленная цель достигается тем, что кривую КРГ, построенную по последовательному ряду длительностей кардиоинтервалов ЭКГ велоэргометрического тестирования, анализируют путем создания математической модели нагрузочного и восстановительного периодов посредством исключения из ее временного ряда наилучших трендов, определенных методом наименьших квадратов при изменении их внутренней границы в пределах диапазона, определенного динамикой функции распределения. Выявленную последовательность подвергают спектральному анализу с использованием быстрого преобразования Фурье [2]. При этом плотности спектров, полученные в диапазонах 0.15-0.4 Гц (HF) и 0.04-0.15 Гц (LF), моделируются линейной регрессией, параметры которой определяют интегральные критерии симпатической и парасимпатической активности.
Способ осуществляется следующим образом. Обследуемому проводят велоэргометрическое тестирование по Ramp-протоколу в условиях записи ЭКГ. Ramp-протокол включает в себя максимальное или субмаксимальное многоступенчатое нагрузочное тестирование с длительностью первой ступени - три минуты, каждой последующей - одна минута и ступенчатым возрастанием нагрузки на 30 ватт (Вт). Нагрузка (Н) первой ступени рассчитывается от величины долженствующего основного обмена (ДОО) в килокалориях и вычисляется по формуле Н(Вт)=ДОО×0,1. Общая длительность нагрузочного тестирования 7-12 минут лимитируется достижением индивидуального стабильного максимума ЧСС в течение 1-2 последовательных ступеней.
Далее ритмограмму, построенную по последовательному ряду длительностей кардиоинтервалов ЭКГ, анализируют путем создания математической модели КРГ нагрузочного и восстановительного периодов, изменчивость кардиоинтервалов которой оценивается (Рисунок 1) модулем отклонений от двух наилучших линейных трендов, определяющих основные тенденции в период изменчивости и стабилизации КРГ. Оптимизация трендов достигается методом наименьших квадратов при изменении их внутренней границы в пределах диапазона, определенного динамикой функции распределения. Для этого временной ряд КРГ исследуется как последовательность случайных величин посредством накопления их распределения (Рисунок 2) и дальнейшим анализом функции распределения во времени (Рисунок 3). При этом линейный тренд, обусловливающий изменчивость КРГ (зона III), строго ограниченный слева моментом начала нагрузки, соответствует интервалу [O:[В:С]], а тренд стабилизации (зона I), строго ограниченный моментом прекращения нагрузки (D) справа, соответствует интервалу [[B:C]:D]. Оптимизация интервала для построения тренда стабилизации реализуется методом наименьших квадратов при изменении его левой границы в пределах диапазона [В:С] с шагом в 1 интервал (и): от [B:D] к [(В+1и):D], далее [(В+2и):D] и так далее до [C:D]. Тем самым определяется левая граница интервала для окончательного построения линейного тренда стабилизации и правая - тренда изменчивости.
Новая последовательность, полученная из ритмограммы вычитанием трендов, пошагово подвергается спектральному анализу с использованием быстрого преобразования Фурье [2].
При этом анализ осуществляется на отрезке длиной 64 интервала с шагом в 1 интервал следующим образом: от 1 интервала до 64 [1:64], от 2 до 65 [2:65] и так далее до конца ряда [n-63:n], где n - общее число экспериментальных точек КРГ.
Изменчивость результирующих плотностей нагрузочного и восстановительного спектров в диапазонах 0.15-0.4 Гц (HF) и 0.04-0.15 Гц (LF) адекватно моделируются линейной регрессией во временных интервалах оптимальных трендов КРГ отдельно для каждого диапазона и периода: YLF(HF)=(а×X)+b, где а и b - параметры, определяемые методом наименьших квадратов.
При этом в нагрузочный период значение «X» в диапазоне LFн (НFн) при условии Y=0 определяет момент вегетативной депрессии и является интегральным критерием симпатической (парасимпатической) активности.
В период восстановления в связи с устойчивым уровнем вегетативной активности нагрузочного максимума интегральный критерий вегетативной активности в диапазоне LFв,(НFв) будет определяться параметром регрессии «а» - скоростью восстановления симпатической (парасимпатической) активности.
Значение критериев: LFн в интервале 3,37-3,82 определяет удовлетворительную, менее 3,37 - низкую, более 3,82 - высокую симпатическую активность нагрузочного периода; НFн в интервале 3,69-4,5 определяет удовлетворительную, менее 3,69 - низкую, более 4,5 - высокую парасимпатическую активность нагрузочного периода; LFв в интервале 0,86-4,1 определяет удовлетворительную, менее 0,86 - низкую, более 4,1 - высокую симпатическую активность восстановительного периода; НFв в интервале 0,84-6,06 определяет удовлетворительную, менее 0,84 - низкую, более 6,06 - высокую парасимпатическую активность восстановительного периода.
Предлагаемый способ дает принципиально новую возможность не только определения динамики вегетативного контроля при физической нагрузке, его детализации, но и определения симпато-парасимпатического обеспечения нагрузочной толерантности, выносливости, тренированности, изучения закономерностей их формирования, обусловливая его применение в кардиологической клинике, фитнессе, спорте, определении объективных критериев здоровья.
Пример 1. Студент, 18 лет, спортсмен лыжник, кандидат в мастера спорта.
Пациенту проведено велоэргометрическое исследование, ЭКГ которого обработана описанным способом.
Результат представлен в таблице 1.
| Таблица 1. | ||||
| Период | нагрузочный | восстановительный | ||
| Вегетативная активность | симпатическая | парасимпатическая | симпатическая | парасимпатическая |
| Интегральный критерий | 4,67 | 5,80 | 20.23 | 48.69 |
Пример 2. Студент, 18 лет, занимающийся физической культурой по учебному плану вуза (2 полуторачасовых занятия в неделю) и не имеющий отношения к систематическим физическим нагрузкам.
Пациенту проведено велоэргометрическое исследование, ЭКГ которого обработана описанным способом.
Результат представлен в таблице 2.
| Таблица 2. | ||||
| Период | нагрузочный | восстановительный | ||
| Вегетативная активность | симпатическая | парасимпатическая | симпатическая | парасимпатическая |
| Интегральный критерий | 3.39 | 4.03 | 0.71 | 1.33 |
Нами обследовано 2 группы практически здоровых курсантов Вологодского института права и экономики возраста 19±2.
1-я группа - курсанты, занимающиеся физической культурой по учебному плану вуза (2 полуторачасовых занятия в неделю) и не имеющие отношения к систематическим физическим нагрузкам. В этой группе обследовано 31 человек.
2-я группа - курсанты-спортсмены циклических видов спорта (34 человека), тренирующие преимущественно выносливость (лыжные гонки, легкая атлетика, плаванье), различной квалификации (1-й спортивный разряд 29 человек, кандидаты в мастера спорта 5 человек).
Результаты обследования представлены в таблице 3.
| Таблица 3. | |||||
| Период | нагрузочный | восстановительный | |||
| Вегетативная активность | симпатическая* | парасимпатическая | симпатическая* | парасимпатическая | |
| Интегральный критерии 1 группа* | 25 Пц | 3,37 | 3,69 | 0.86 | 0.84 |
| 50 Пц | 3,43 | 4,03 | 1.59 | 2.22 | |
| 75 Пц | 3,82 | 4,50 | 4.10 | 6.06 | |
| Интегральный критерий 2 группа | 25 Пц | 3,88 | 4,29 | 14.45 | 13.92 |
| 50 Пц | 4,24 | 5,09 | 29.13 | 52.74 | |
| 75 Пц | 5,01 | 6,49 | 46.75 | 113.51 | |
| Пц - перцентиль * Внутри- (симпато/парасимпатическая активность в нагрузочный и восстановительный периоды) и межгрупповые различия статистически существенны (р<0.001) |
Таким образом, параметры, определяемые линейной регрессией LF (HF), являясь интегральными критериями симпатической (парасимпатической) активности, определяют и детализируют вегетативный контроль, обусловливающий нагрузочную толерантность.
Значение критериев: LFн в интервале 3,37-3,82 определяет удовлетворительную, менее 3,37 - низкую, более 3,82 - высокую симпатическую активность нагрузочного периода; НFн в интервале 3,69-4,5 определяет удовлетворительную, менее 3,69 - низкую, более 4,5 - высокую парасимпатическую активность нагрузочного периода; LFв в интервале 0,86-4,1 определяет удовлетворительную, менее 0,86 - низкую, более 4,1 - высокую симпатическую активность восстановительного периода; НFв в интервале 0,84-6,06 определяет удовлетворительную, менее 0,84 - низкую, более 6,06 - высокую парасимпатическую активность восстановительного периода.
При этом зависимость сердечного ритма от уровня вегетативной активности поступательно уменьшается в нагрузочный и возрастает в восстановительный периоды. В отличие от симпатических парасимпатические влияния медленнее исчезают при нагрузке и быстрее возрастают при восстановлении. Тренировка общей выносливости приводит к увеличению длительности вегетативного контроля в нагрузочный период и его ускорению в период восстановления.
Предлагаемый способ дает возможность не только установить и детализировать динамику вегетативного контроля сердечного ритма при нагрузочном тестировании, но и изучить вегетативное обеспечение нагрузочной толерантности, выносливости, тренированности, обусловливая его применение в кардиологической клинике, спортивной медицине, фитнессе, спорте.
Литература
1. Баевский Р. М., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. М., 1984.
2. Heart rate variability. European Heart Journal 1996, 17, 354-381.
3. Похачевский А.Л., Садельников Б.А. Способ определения переносимости физической нагрузки по точке ускользания сердечного ритма от вегетативного контроля. Патент на изобретение №2355301, приоритет 23.11.2007.
1. Способ определения вегетативной активности при нагрузочном тестировании, включающий запись электрокардиограммы пациента с последующим построением кардиоритмограммы и анализом нее математической модели, отличающийся тем, что электрокардиограмму пациента, записанную при велоэргометрическом тестировании, анализируют путем создания математической модели кардиоритмограммы посредством исключения из ее временного ряда наилучших трендов, полученную последовательность подвергают спектральному анализу, при этом плотности спектров в диапазонах 0,15-0.4 Гц (HF) и 0,04-0.15 Гц (LF) моделируются линейной регрессией, параметры которой определяют интегральные критерии симпатической (LFн, LFв) и парасимпатической (НFн, НFв) активности, причем значение критериев: LFн в интервале 3,37-3,82 определяет удовлетворительную, менее 3,37 - низкую, более 3,82 - высокую симпатическую активность нагрузочного периода; НFв в интервале 3,69-4,5 определяет удовлетворительную, менее 3,69 - низкую, более 4,5 - высокую парасимпатическую активность нагрузочного периода; LFв в интервале 0,86-4,1 определяет удовлетворительную, менее 0,86 - низкую, более 4,1 - высокую симпатическую активность восстановительного периода; НFв в интервале 0,84-6,06 определяет удовлетворительную, менее 0,84 - низкую, более 6,06 - высокую парасимпатическую активность восстановительного периода.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение оптимальных временных границ наилучших трендов ритмограммы реализуется накоплением распределения кардиоинтервалов и дальнейшим анализом функции распределения во времени, при этом RR-интервалы, соответствующие разделу областей распределения во времени, и определяют границы оптимального построения наилучших трендов.
