ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОКАРДИОЛОГЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ НА СЕРДЦЕ

Ключевые слова вегетативная нервная система, вариабельность сердечного ритма, реполяризация желудочков, электрокардиография

Key words autonomic nervous system, heart rate variability, ventricular repolarization, electrocardiography

Аннотация Рассматривается корреляция показателей вариабельности сердечного ритма и «симпатико-парасимпатического» балланса, роль ряда электрокардиологических критериев как маркеров неоднородности реполяризации желудочков.

Annotation The correlation of the heart rate variability indices with «sympatico-parasympathetic» balance, the role of a number of electrocardiological criteria as markers of inhomogeneity of ventricular repolarization are considered.

Автор Рутткай-Недецки, И.

Номера и рубрики ВА-N22 от 28/06/2001, стр. 56-60 /.. Оригинальные исследования

Широко известно, что вегетативная нервная система (ВНС) играет важную роль в патогенезе заболеваний сердца, вместе с тем возможности и преимущества электрокардиологии в плане оценки этой роли все еще остаются спорным предметом.

Парасимпатическая иннервация сердца затрагивает главным образом синоатриальный и атриовентрикулярный узлы и предсердия. В состоянии покоя симпатическая активность в них низка и преобладает парасимпатическое влияние. Некоторые парасимпатические волокна иннервируют кровеносные сосуды желудочков. Миокард желудочков весьма бедно иннервирован парасимпатическими эфферентными волокнами [1, 2], и в условиях эксперимента их стимуляция проводит к инотропному эффекту только на фоне повышенной симпатической активности, но не в условиях покоя [3]. Вагусный медиатор, ацетилхолин, весьма существенно сокращает продолжительность и изменяет форму потенциала действия кардиомиоцитов предсердий, но в миоцитах желудочков он укорачивает потенциал действия только в очень высоких концентрациях - выше физиологических значений [1]. В то время как было показано, что трансмуральная дисперсия длительности монофазного потенциала действия в «клиновидном» препарате левого желудочка собаки уменьшается при симпатической стимуляции вследствие ее укорачивающего эффекта, стимуляция блуждающего нерва оказывает лишь минимальное влияние на рефрактерность желудочков [4].

В отличие от парасимпатической иннервации, симпатические волокна распределены в изобилии во всех отделах сердца в виде терминальной сетевидной структуры, которая оплетает мышечные клетки, тесно прилегая к ним, но не проникает внутрь клетки [2]. Эффект симпатического медиатора норадреналина, также как и адреналина, высвобождающегося в кровоток из мозгового вещества надпочечников, заключается в укорочении потенциала действия, и, следовательно, изменении формы фазы 2 и 3 потенциала действия (плато и конечная реполяризация). Более быстрое восстановление потенциала является предпосылкой необходимой реактивности кардиомиоцита при увеличении частоты сокращений. Катехоламины увеличивают также медленный ток кальция внутрь клетки, действуя таким путем на механическую работу и электрические свойства клетки [1].

Интересные различия между эффектами стимуляции симпатического нерва и введения адреналина или норадреналина были отмечены на препаратах открытого сердца собаки [5]. Во время звездчатой стимуляции рефрактерный период желудочков, зарегистрированный с помощью эпикардиальных электродов, укорачивался, но его временная дисперсия возрастала. В противоположность этому эффекту, инфузия норадреналина и адреналина уменьшала дисперсию.

Было высказано предположение, что волокна миокарда, непосредственно прилежащие к окончаниям эффекторных нервов, подвергаются действию относительно больших концентраций медиатора, так что различие между эффектом стимуляции нерва и внутривенной инфузией адренергических медиаторов может быть обусловлено различиями в распространении активных агентов.

Кажущаяся противоречивость результатов вышеперечисленных экспериментальных исследований [4, 5] могла бы быть объяснена гипотезой о том, что стимуляция симпатического нерва уменьшает пространственную неоднородность, но увеличивает временную дисперсию рефрактерных периодов миоцитов желудочков.

Структурная и функциональная гетерогенность вегетативной иннервации сердца, также как и ее сложный иерархический контроль, позволяет с трудом представить, что концепция «симпатико-парасимпатического баланса» имеет физиологические основы, если рассматривать сердце как единое целое.

Поскольку симпатический и парасимпатический отделы ВНС могут функционировать или независимо, или как антагонисты, или как синергисты, длительность интервала R-R не содержит какой-либо информации об уровне парасимпатического или симпатического влияния на водитель ритма. Некоторая величина этого показателя может быть результатом различных комбинаций парасимпатических и симпатических входов, невозможно установить, связано ли это только с подавлением вагусной активности или является результатом смешанного симпатического и парасимпатического влияния, или обусловлено симпатическим воздействием на водитель ритма.

Сначала полагали, что подсчет спектральных мощностей интервала R-R путем расчета соотношения между мощностями низкочастотного (около 0.1 Гц) и высокочастотного (>0.15 Гц) спектров может пролить свет на эту проблему. Предполагали, что низкочастотное колебание длительности интервала R-R происходит от колебаний мышечной симпатической активности, изменяя артериальное давление (АД) и ЧСС путем ритмического высвобождения норадреналина [6, 7]. Высокочастотный спектр колебания длительности интервала R-R представлялся опосредованным колебаниями парасимпатической активности, связанными с дыханием.

Однако, аналитический обзор физиологических основ теории симпатико-парасимпатического равновесия, предложенной Экбергом [8], показал, что эта конструкция приписывает физиологическим регуляторным механизмам такие свойства, которыми эти механизмы не обладают. Так, например, не обнаружено значимой корреляции между выбросом норадреналина и спектральной мощностью интервала R-R при частоте 0.1 Гц [9], а атропин в большой дозе ликвидировал практически всю спектральную мощность интервалов R-R в низкочастотном и высокочастотном диапазонах [10, 11]. Таким образом не существует доказательства того, что исходная мощность низкочастотного спектра интервалов R-R количественно связана с активностью симпатического сердечного нерва.

Исходно связанные с частотой дыхания колебания интервала R-R значимо, но недостаточно, связаны с уровнем активности сердечной ветви блуждающего нерва. Эти изменения, связанные с выраженными колебаниями частоты и глубины дыхания, могут быть объяснены на основе кинетики ответа синоатриального узла на введение ацетилхолина: во время медленного дыхания они выражены более полно, чем при быстром дыхании [12]. Как подчеркнуто Экбергом [8], обоснование теории симпатико-парасимпатического баланса отчасти имеет философские основы; нет никаких обязательных физиологических предпосылок того, что уровни колебаний активности симпатического и блуждающего нервов должны находиться в состоянии баланса.

Эта критика не должна отвергать возможную пользу расчета соотношения LF/HF для характеристики некого состояния регуляции сердечно-сосудистой системы без связи с «симпатико-парасимпатическим балансом». Для адекватного понимания участия ВНС в многоуровневых механизмах контроля, необходимо осознать, что их исследования должны быть физиологически осмысленными.

В противоположность деполяризации, реполяризация сердца не может быть описана с точки зрения распространения фронта волны, так как в этот период центры источников и каналов мембранных токов в миокарде желудочков расположены на большом расстоянии. Их пространственное и временное распределение определяется межклеточными различиями в кинетике мембранных каналов и изменениями состава межклеточного пространства, включая действие симпатических медиаторов. В результате, сегмент ST и зубец Т находятся под влиянием одних и тех же факторов. Авторитетный обзор этой проблемы опубликован Суравичем [13].

Нижеприведенные рассуждения будут касаться некоторых редко используемых, но по-видимому перспективных показателей реполяризации желудочков. Обсуждаемые в настоящее время вопросы, например, QT-дисперсия или альтернации зубца Т, не будут рассматриваться.

Зубец Т представляет собой неисчезнувшие различия потенциалов при реполяризации желудочков. Было подсчитано, что зубец Т отражает 7-8% общего объема реполяризации, а остальное взаимно аннулируется ввиду противоположного направления волн реполяризации, так что малые локальные изменения процесса реполяризации могут оказывать драматическое влияние на форму зубца Т [14].

Ранние исследования показали изменения зубца Т при гипнотическом внушении беспокойства [15], страха предстоящего хирургического вмешательства [16], во время устного счета [17], при введении адреналина [18] и допамина [19]. Следует отметить, что при эмоциональном стрессе изменения зубца Т наблюдаются только у 40-63% людей. Амплитуда зубца Т как мера симпатических влияний на миокард была представлена и в физиологических исследованиях [20, 21].

Так как количественная обработка изменений зубца Т, неодинаковых в разных отведениях ЭКГ, сложна, в качестве удобного параметра был предложен пространственный максимальный вектор Т (sT max), регистрируемый в системе физически корригированных ортогональных отведений [22, 23]. В этом исследовании, проведенном у 21 здорового лица, 42 больных с гипертрофией желудочков и 24 пациентов с ишемической болезнью сердца 92% пациентов всей выборки реагировали на ментальный стресс (устный счет) уменьшением интервала R-R, и лишь у 65% кроме того изменялся sTmax.

Изменение sT max выражалось в его уменьшении у всех здоровых лиц. Увеличение наблюдалось, как правило, лишь в группах с сердечной патологией. В подгруппе нормальных лиц с изменяющимся sTmax при стрессе, уменьшение sTmax положительно коррелировало как со степенью укорочения R-R, так и с исходным значением sTmax (p<0.01, r=0.574, 0.586, соответственно). Однако, эти соотношения не позволяют объяснить 34% случаев колебаний sTmax, что может быть связано с прямым нервным симпатическим влиянием на миокард. Сравнимые результаты были получены при введении допамина (предшественника норадреналина и медиатора симпатической нервной системы в центральной нервной системе) у 11 здоровых лиц [19]. Что касается подгруппы больных с заболеваниями сердца, вышеуказанная корреляция не достигала статистически значимого уровня; изредка наблюдалось увеличение амплитуды зубца Т, чаще всего у больных с ишемической болезнью сердца.

Выводом вышеприведенного исследования было то, что влияние ВНС на сердце изменяется у здоровых лиц в условиях незначительного эмоционального стресса (устный счет) в два этапа: на первом происходит уменьшение доминирующего тонуса блуждающего нерва, воздействующего на синоатриальный водитель ритма, отражающееся в укорочении интервала R-R; на втором - увеличение симпатической нервной стимуляции миокарда желудочков, приводящее к изменению паттерна реполяризации желудочков и отражающееся в изменениях sT max. Так как в нашем исследовании реакция практически всех лиц выражалась в некотором увеличении ЧСС, но только у 65% из них кроме того имелось уменьшение sTmax, очевидно, что индивидуальный спектр реактивности играет в данном случае некую роль, и, что он может быть правильно оценен лишь с учетом не только вариабельности сердечного ритма, но и параметров реполяризации.

В отличие от ряда других электрокардиологических показателей, индивидуальная вариабельность sT max невелика: ее величина значимо не изменяется при глубоком вдохе [24], и на межиндивидуальную вариабельность не оказывают значимого влияния антропометрические характеристики пациента. Однако, sTmax в среднем ниже у женщин [25]. В обследованной нами группе из 135 здоровых лиц обоего пола в возрасте 10-67 лет не была показана зависимость sTmax от возраста, но была отмечена его положительная корреляция с величиной интервала R-R (r=0.412, p<0.0001); а уравнение линейной регрессии было следующим:

sT max (mV)=30+0.435хR-R (мсек.).

Интересные результаты были обнаружены в недавних исследованиях на молодых мужчинах (n=155, возраст 10-35 лет): у лиц с нормальным АД средние величины sT max выше, чем у лиц, классифицированных как имеющие высокие нормальные значения АД или гипертензию I ст. по классификации JNA VI, хотя они не отличались по значениям sQRSmax.

Величина sT max имела отрицательную корреляцию с уровнем систолического АД (p<0.01), но не была связана с уровнем диастолического АД. Также, имеющаяся в норме положительная корреляция между sTmax и sQRSmax, у пациентов с повышенным АД становилась незначимой. По-видимому, изменения sTmax могут указывать на различный паттерн реполяризации желудочков у лиц с повышенным АД, возможно в результате увеличенного тонуса симпатической нервной системы [26].

Одним из последствий различия в распространении фронта активации и восстановления желудочков является различие в ориентации векторов QRS и Т. Нормальные значения пространственного угла между «полуплощадью» QRS и максимальным вектором Т при использовании системы отведений SVEC III у 50 здоровых лиц были приведены в работе Болла и Пипбергера (в среднем 56°, стандартное отклонение 18.8, разброс значений 20-105) [27]. Полученные нами значения пространственного угла между интегральными векторами QRS и STT в отведениях системы Франка у 135 здоровых лиц были отчетливо близкими: в среднем 57.5°, стандартное отклонение 29.9, разброс значений 4-143. Известно, что этот угол увеличивается при гипертрофии желудочков и связан с соотношением величины желудочкового градиента и QRS [28]. Было обнаружено, что он также увеличивается в ортостазе, после мышечной нагрузки, и после введения адреналина [29].

Интересной особенностью является увеличение этого угла при глубоком вдохе [30,31,24], что не может быть объяснено только изменением положения сердца. Этот акт (глубокий вдох) приводит к некоторому напряжению систем сердечно-сосудистой регуляции с важным участием ВНС.

Недавние исследования пространственного угла между интегральными векторами QRS и STT в системе отведений Франка показали его увеличение с возрастанием возраста пациентов и при задержанном глубоком вдохе (в среднем на 15°, p<0.001). Последний феномен более выражен у подростков с лабильной гипертензией [32], у подростков с пограничным повышением АД увеличение угла на вдохе сопровождалось большим ортостатическим повышением АД [33]. Как на sT max, так и на пространственный угол между интегральными векторами QRS и STT влияют состояния, при которых ожидается повышение симпатического тонуса миокарда. Однако, в обследованной нами группе из 135 здоровых лиц мы не обнаружили значимой корреляции между этими показателями (r=-0.147, p=0.087). Следует также отметить, что у подростков с повышенным АД sTmax и угол между QRS и STT связаны с различными показателями АД: первый с систолическим, а второй с диастолическим АД [26]. Возможно, что они отражают различные аспекты неоднородности реполяризации.

Информацию о свойствах реполяризации желудочков ищут, часто с помощью сложных подходов, путем анализа изоинтегральных контурных карт, полученных путем интегрирования комплексов QRS в каждом отведении на протяжении всего интервала QRST (BSIM) [34, 35]. Были получены некоторые свидетельства того, что и простое измерение амплитуды пик-основание поверхностного интеграла QRST BSIM (AmplBSIM) может использоваться для определения нарушений реполяризации [36, 37]. Следует отметить, что величины экстремумов BSIM тесно связаны с числом используемых электродов; при увеличении числа точек регистрации возрастает возможность попасть в истинный пик распределения. Таким образом, должна соблюдаться осторожность при сравнении результатов, полученных с использованием разного числа электродов.

Данные по статистике индивидуально определенной AmplBSIM отсутствуют и не могут быть полностью компенсированы данными статистики экстремумов, так как не существует простой связи между индивидуальной вариабельностью AmplBSIM и экстремумами. В проведенном нами исследовании на 135 здоровых лицах [38] AmplBSIM уменьшалась с возрастом (r=-0.273, p<0.05), но это было вследствие уменьшения абсолютных значений минимума. Также при корреляционном анализе связи между AmplBSIM и интервалом R-R (r=0.491, p<0.001) роль максимума была более значима (r=0.4774, p<0.00001), чем абсолютных значений минимума (r=0.199, p<0.05). Половые различия, заключавшиеся в меньших значениях AmplBSIM у женщин, чем у мужчин, были отмечены как при положении грудной клетки в конце выдоха, так и при глубоком вдохе. Обусловленное глубоким вдохом колебание влияний ВНС на сердце приводит к изменениям интервала R-R, а также AmplBSIM. Так как изменение AmplBSIM было связано с различиями интервалов R-R, обусловленными вдохом, но не с их значениями перед началом вдоха, это свидетельствует в пользу ранее высказанной точки зрения о том, что изменения AmplBSIM могут отражать влияния ВНС (симпатического отдела) на миокард желудочков.

Хотя была обнаружена высокая корреляция [26] между sTmax и AmplBSIM (r=0.687, p<0.0001), объясняющая 47% их расхождений, корреляция между интегральным углом QRS-STT и AmplBSIM была слабее (r=-0.392, p<0.0001, объясняя только 15% их расхождений), а между sTmax и интегральным углом QRS-STT была незначимой.

1. Структурная и функциональная гетерогенность регуляции сердечной деятельности со стороны ВНС не позволяет охарактеризовать это состояние как «симпатико-парасимпатический» баланс.

2. Вариабельность сердечного ритма и электрокардиологический анализ паттерна реполяризации желудочков способны отразить более физиологически значимую информацию.

3. По-видимому, известные электрокардиологические показатели восстановления потенциала желудочков отражают до некоторой степени разные стороны этого процесса.

1. Katz AM: Physiology of the Heart. Raven Press, New York, 1977, p. 450.

2. Braunwald E, Sonnenblick EH, Ross J. In: Braunwald E, ed: Heart Disease. Saunders, Philadelphia, 1980, 351-392.

3. Lewy MN: Neural control of the heart. J Cardiovasc Electrophysiol 1995; 6:283-293.

4. Takei M, Sasaki Y, Yonezawa T et al. The autonomic control of the transmural dispersion of ventricular repolarization in anesthetized dogs. J Cardiovasc Electrophysiol 1999;10:981-989.

5. Han J, de Jalon PG, Moe GK: Adrenergic effects on ventricular vulnerability. Circulation Res 1964; 14:516-524.

6. Eckberg DL, Nerhed C, Wallin BG: Respiratory modulation of muscle sympathetic and vagal cardiac outflows in man. J Physiol (Lond.) 1985; 365:181-196.

7. Wallin BG, Nerhed C: Relatioship between spontaneous variations of muscle sympathetic nerve activity and succeeding changes of blood pressure in man. J Auton Nerve Syst 1982; 6:293-302.

8. Eckberg DL: Sympathovagal balance. A critical appraisal. Circulation 1997; 96:3224-3232.

9. Kingwell BA, Thompson JM, Kaye DM et al.: Heart rate spectral analysis, cardiac norepinephrine spillover, and muscle sympathetic nerve activity during human sympathetic nervous activation and failure. Circulation 1994; 90:234-240.

10. Pomeranz B, Mackaulay RJB, Caudill MA et al.: Assessment of autonomic function in humans by heart rate spectral analysis. Am J Physiol 1985; 248:H151-H153.

11. Koh J, Brown TE, Beightol LA, Ha CY, Eckberg DL: Human autonomic rhythms: vagal cardiac mechanisms in tetraplegic subjects. J Physiol (Lond) 1994; 474:483-495.

12. Saul JP, Berger RD, Albrecht P et al.: Transfer function analysis of the circulation: unique insights into cardiovascular regulation. Am J Physiol 1991; 261:H1231-H1245.

13. Surawicz B: St-T abnormalities. In Macfarlane PW, Veitch Lawrie TD, eds: Comprehensive Electrocardiology, Volume 1. Pergamon Press, New York, 1989, 511-563.

14. Burgess MJ, Millar K, Abildskov JA: Cancellation of electrocardiographic effects during ventricular recovery. J Electrocardiol 1969; 2:101-107.

15. Berman R, Simonson E, Heron W: Electrocardiographic effects associated with hypnotic suggestion in normal and coronary sclerotic individuals. J Appl Physiol 1954; 7:89-92.

16. Mainzer F: L’influence de l’anxiete sur l’electrocardiogramme: Son importance dans l’electrocardiographie pratique. Cardiologie 1958; 32:362-374.

17. Blohmke M, Schaefer H, Stelzer O et al.: Vegetative Tonisierung des Herzens wahrend geistiger Belastung, gemessen am EKG. Int Z angew Physiol einschl Arbeitsphysiol 1967; 24:182-193.

18. Mitchell JH, Shapiro AP: The relationship of adrenalin and T wave changes in the anxiety state. Am Heart J 1954; 48:323-330.

19. Kellerova E, Vigas M, Kvetnansky R, Jezova D: The influence of dopamine on the maximal spatial repolarization vector of the human heart. In: Ruttkay-Nedecky I, Macfarlane PW, eds: Electrocardiology’83, Elsevier, Amsterdam, 1984, 78-83.

20. Matyas TA, King MG: T-wave amplitude stability during sinus arrhythmia in resting man. Physiology and Behaviour 1976; 16:115-117.

21. Furedy JJ, Helsegrave RJ, Scher H: Psychophysiological and physiological aspects of T-wave amplitude in the objective study of behavior. Pav J Biol Sci 1984;19:182-194.

22. Ruttkay-Nedecky I: Effect of emotional stress (mental arithmetics) on amplitudes of P and T waves of the orthogonal electrocardiogram. Bratisl lek listy 1978; 69:638-646 (in Slovak with summary in English).

23. Ruttkay-Nedecky I: Effect of emotional stress on cardiac repolarization vectors. Adv Cardiol 1978; 21:284-285.

24. Ruttkay-Nedecky I, Regecova V: Quantitative description of the cardiac electric field in held deep inspiration. In Liebman J ed: Electrocardiology’96, World Scientific, Singapore etc. 1997, 123-126.

25. Regecova V: Comparative study of the influence of somatometric variables on vectorcardiographic and body surface mapping characteristics. In: Bacharova L, Macfarlane PW eds: Electrocardiology ’97, World Scientific, Singapore, etc., 1998,182-185.

26.  Ruttkay-Nedecky I, Andrasyova D, Regecova V: Noninvasive electrocardiologic indicators of ventricular sympathetic drive. Cardiology, in press.

27.  Ball MF, Pipberger H: The normal spatial QRS-T angle of the orthogonal vectorcardiogram. Am Heart J 1958; 56:611-615.

28. Mashima S: Theoretical considerations on the electrocardiogram of ventricular hypertrophy. J Electrocardiol 1976; 9:133-138.

29. Jedlicka J: Verkuzung des Ventrikelgradienten in Hyperkinetischen Zustanden. In: Kowarzyk H ed: Probleme der Raumlichen Vektorkardiographie, Publ.House of the Slovak Academy of Sci, Bratislava, 1963, 137-142.

30. Simonson E, Nakagawa K, Schmitt O: Respiratory changes of the spatial vectorcardiogram recorded with different lead systems. Am Heart J 1957; 54:919-939.

31. Ruttkay-Nedecky I: Effects of respiration and heart position on the cardiac electric field. In Nelson CV, Geselowitz DB eds: The Theoretical Basis of Electrocardiology, Clarendon Press, Oxford 1976, 120-134.

32. Andrasyova D, Cizmarova E, Ruttkay-Nedecky I: Factors affecting the spatial angle between integral QRS and T vectors. In Bacharova L, Macfarlane PW eds: Electrocardiology’97, World Scientific, Singapore etc.1998, 279-282.

33. Andrasyova D, Regecova V, Cizmarova E, Ruttkay-Nedecky I: Vectorcardiographic indication of adrenergic tonus in the working myocardium. In Preda I ed: Electrocardiology’98, World Scientific, Singapore etc. 1999, 431-434.

34. Abildskov JA, Evans AK, Lux RL, Burgess MJ: Ventricular recovery properties and QRST deflection area in cardiac electrocardiograms. Am J Physiol 1981; 239:H227-H231.

35. De Ambroggi L: Body surface potential mapping as a tool for detecting arrhythmia vulnerability. In Liebman J ed: Electrocardiology’96. World Scientific, Singapore etc, 1997, 489-495.

36. Stanley ML, Grogin HR, Chin MC et al.: Body surface mapping detects regional sympathetic imbalance in canine ventricular myocardium (abst). J Am Coll Cardiol 1993; 21:53A.

37. Goldner BG, Horwitz L, Quan W et al.: Evaluation of vasovagal syncope with body surface mapping during head-up tilt-table testing. Am J Cardiol 1994; 74:1176-1179.

38. Ruttkay-Nedecky I, Regecova V: Normal variability of the gradient between maximum and minimum of the QRS area distribution. In Preda I ed: Electrocardiology’98. World Scientific, Singapore etc. 1999, 35-38.