ДИСПЕРСИЯ ИНТЕРВАЛА QTa. АНАЛОГ ИЛИ АЛЬТЕРНАТИВА QT-ДИСПЕРСИИ?

Ключевые слова дисперсия интервала QT, дисперсия интервала QTa, модели генеза электрокардиосигналов, дисперсия интервала QTa

Key words QT-interval dispersion, QT-interval dispersion, models of the electrocardiosignal genesis, QTa-interval dispersion

Аннотация Вопросы генеза, измерения и информативности дисперсии интервала QTa (от начала комплекса QRS до вершины зубца T) рассмотрены в терминах биофизических моделей электрической активности сердца.

Annotation Problems of genesis, measurement, and informativity of the QTa-interval (from the QRS onset to the T wave apex) have been considered in terms of biophysical models of the cardiac electrical activity.

Автор Баум, О. В., Попов, Л. А., Волошин, В. И., Муромцева, Г. А.

Номера и рубрики ВА-N29 от 15/12/2002, стр. 10-18 /.. Оригинальные исследования

Презумпция информативности дисперсии QT-интервала (QTD) как предиктора возможного развития желудочковых аритмий поддерживается отсутствием общепринятых доказательств, опровергающих гипотезу о связи пространственной негомогенности процесса реполяризации в миокарде желудочков с распределением QT-интервала по длительностям, наблюдаемым в условиях реальных электрокардиографических измерений в разных отведениях. Нет, впрочем, единого биофизически обоснованного мнения и в поддержку этой гипотезы. Широкий спектр мнений по данной проблеме [1-9] объясняется во многом сложностями идентификации окончания зубца T и, следовательно, измерения длительности QT-интервала [8, 10-14].

По итогам теоретического рассмотрения проблем QTD и результатам проведенных компьютерных экспериментов на моделях электрической активности сердца [8, 14, 15] «тайну» QT дисперсии можно трактовать следующим образом. С одной стороны, наблюдаемое различие измеряемых длительностей QT интервала от отведения к отведению, tQT(l), можно объяснить в общем случае только используемыми алгоритмами определения конца зубца T, способами проведения изолинии, введением порогов идентификации в связи с принятыми правилами кодирования или с реальными значениями отношения сигнал/шум, а также ошибками измерения.

С другой стороны, как это ни парадоксально, именно измерения длительности QT-интервала с некоторым порогом делают, в принципе, возможным использование такого параметра как QTD в качестве показателя существующей негомогенности длительности трансмембранного потенциала (ТМП) на поверхности эпикарда и эндокарда [8]. В то же время, результаты модельного картирования длительности QT-интервала на поверхности виртуальной сферы отображения методом SSPM (Standard surfase potential method) [16] не позволяют на данный момент однозначно трактовать (вероятно, в силу упомянутого субъективизма измерений QT) наблюдаемую связь между распределением длительностей ТМП на поверхности электрически активного миокарда модели и распределением tQT(y, q), где y и q - угловые координаты поверхности сферы отображения, в терминах количественных моделей.

Наряду с измерениями tQT, которые имеют самостоятельное значение для определения синдрома удлинения QT-интервала [17, 18], и вычислением QTD, в качестве параметров, характеризующих пространственную негомогенность процесса реполяризации желудочков, используются и другие, менее изученные индексы [19-21], среди которых следует отметить дисперсию интервала QTa.

Интервал QTa измеряется между началом комплекса QRS и временем достижения зубцом T своего пикового значения в каждом из отведений выбранной системы. На множестве измеренных значений tQTa(l) ищутся максимальное и минимальное значения длительности интервала QTa. И, аналогично вычислению QTD, определяется QTa-дисперсия как QTaD = tQTa_max - tQTa_min . 

Этот индекс, внешне привлекательный кажущейся простотой процедуры определения вершины зубца T, также как и некоторые другие новые индексы, начинают использовать во многих исследованиях [22-25].

Интересно отметить, что одна из первых публикаций [26], где для удобства измерений интервал QTa использовался в качестве характеристики длительности электрической систолы, относится, как отмечается в классической работе H.C.Bazett [27], еще к началу прошлого века.

Учитывая сложности и субъективизм измерений длительности QT-интервала, а также имеющиеся сомнения по поводу наличия электрофизиологического смысла у параметра QTD [8], представляет интерес исследовать дисперсию QTa-интервала, QTaD, в качестве претендента на роль более объективного и воспроизводимого аналога QT-дисперсии или в качестве ее более информативной (по результатам сравнительной оценки) альтернативы.

Цель данной работы: 1) рассмотреть и проанализировать процесс формирования длительности QTa-интервала в различных отведениях и QTa-дисперсии, используя векторкардиографическую интерпретацию модели эквивалентного генератора сердца в виде одиночного диполя; 2) получить экспериментальные оценки величин tQTa(l) и QTaD в стандартной и ортогональной системах отведений для выборки практически здоровых субъектов; 3) провести с помощью биофизической модели электрической активности сердца компьютерные эксперименты по оценке влияния эпи-эндокардиального распределения длительности ТМП на распределение tQTa(l) и величину QTaD.

Рассмотрим сначала, как и для QT [8], процесс формирования QTa-интервала в разных отведениях в терминах ВКГ-петель, соответствующих дипольной модели эквивалентного генератора сердца. При этом будем помнить, конечно, об ограничениях такой модели, связанных с отсутствием в сигнале вклада от мультипольных компонент выше первого порядка [8].

На рис. 1 схематически изображены в качестве примера проекция ВКГ-петли зубца T на некоторую плоскость, а также оси нескольких произвольных отведений (l₁, l₂, l₃, l₄). Вершина зубца T в любом отведении соответствует на петле точке, в которой нормаль к оси этого отведения касается петли (например, точка Ta 4 для отведения l 4 ). Конец моментного вектора ВКГ, обежав сначала петлю QRS за время tQRS и «потоптавшись» на месте за время почти изоэлектричного в норме сегмента ST, двинется далее по петле T в соответствие с направлением ее обхода и достигнет точки Ta 4 за время, которое от начала комплекса QRS как раз и составляет QTa-интервал в отведении l₄ , tQTa(l₄). В этой точке зубец T в l₄ достигнет своего максимального значения.

Скорость движения моментной точки по петле T в общем случае не является константой и определяется скоростями изменения сигналов в двух отведениях, выбранных для задания петли T. Множество точек Ta(l) для всех рассматриваемых в этой плоскости отведений определяет множество интервалов QTa(l), а значения tQTa min и tQTa max , соответствующие первой и последней по ходу петли точкам Ta, показывают размах (дисперсию) QTa-интервала для отведений данной плоскости. Оси большинства систем отведений (стандартной, ортогональной) не лежат в одной плоскости, и это надо иметь в виду, желая получить наглядную картину генеза всего множества интервалов QTa в рассматриваемой системе отведений.

Практически же, для определения дисперсии QTa-интервала значения tQTa(l) измеряют непосредственно по записям, желательно синхронным, скалярной ЭКГ и далее рассчитывают их дисперсию как разность между tQTa max  и tQTa min .

Таким образом, мы видим, что, в отличие от QTD, которая теоретически должна равняться нулю, за исключением тех случаев, когда в число измеряемых отведений попадают отведения с «необычной» проекцией конечной части петли T на ось отведения [8], разброс значений tQTa(l), и, следовательно, величина дисперсии QTaD имеют четкий физический смысл, являются объективными параметрами измерений и должны определяться формой петли, проекцией «касательных» точек петли на оси отведений и скоростью перемещения конца моментного вектора по петле T.

Для вытянутых T-петель величина QTaD ожидается меньшей, чем для широких округлых петель. Пространственные повороты сердца, приводящие к сложным поворотам интегральных векторов QRS [28] и, следовательно, к изменениям T, должны приводить к перераспределению точек Ta на петле T, т.е. к изменению распределения tQTa(l) и, возможно, к изменению величины QTaD. Эти рассуждения справедливы для дипольного приближения, а для близких к сердцу отведений свой вклад в формирование и изменение tQTa(l) могут вносить также высшие мультипольные компоненты эквивалентного генератора.

В силу априори кажущейся относительной простоты процедуры определения максимального значения амплитуды зубца T и соответствующей этому максимуму временной точки, погрешность измерения tQTa(l) и QTaD должна быть меньше, а воспроизводимость результатов выше, чем при измерении параметров tQT(l) и QTD. Меньше должен быть и разброс между ручными и автоматическими измерениями. Увеличения погрешности измерения tQTa и QTaD можно ожидать только в тех случаях, когда в одном или в нескольких из рассматриваемых отведений наблюдаются зубцы T с плоской вершиной или низкоамплитудные, на уровне шумов, зубцы T.

Похоже, однако, что параметр tQTa, как временной интервал до вершины зубца T, имеет свой прямой смысл только в том случае, когда петля T проектируется целиком на одну из полуосей отведения, положительную или отрицательную, т.е. когда зубец T монофазен. Проблема двуфазных зубцов T, т.е. выбор вершины T, может возникать в отведениях, ось которых почти нормальна интегральному вектору зубца T.

Что касается диагностической ценности параметров tQTa(l) и QTaD, то следует отметить, что пространственная форма петли T и скорость ометания ее моментным вектором определяются электрофизиологическим состоянием сердца и распределением форм кривой ТМП по поверхности электрически активного миокарда. Поэтому такие параметры зубца T, как распределение tQTa(l) и характеристика его неоднородности - QTaD, априори оцениваемые к тому же как достаточно стабильно воспроизводимые и помехоустойчивые, могут, в принципе, оказаться потенциально информативными, конечно, наряду и в совокупности с другими параметрами процесса реполяризации.

Перейдем теперь к экспериментальной оценке tQTa(l) и QTaD для практически здоровых лиц (с целью получения статистических оценок этих параметров для нормы), а также к проверке некоторых гипотез на биофизических моделях.

Экспериментальная оценка параметров QTa-интервала выполнена с помощью разработанного в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН пакета компьютерных программ «Уран» для синхронной регистрации и автоматической обработки ЭКГ в 12 стандартных и 3 ортогональных отведениях. Пакет адаптирован, в частности, к компьютерному электрокардиографу ИДК ЭКГ 12-1.1 (фирма «Геолинк») и в такой версии эксплуатируется в Отделе массовых обследований ГосНИЦентра профилактической медицины МЗ РФ.

В качестве материала к данной работе из общей базы данных были использованы записи 12 общепринятых и 3 ортогональных по Франку отведений 250 практически здоровых лиц (220 мужчин и 30 женщин; возраст, соответственно, 37±10 и 37±7 лет). На этой же выборке ранее [8, 14] были получены для нормы оценки длительности и дисперсии QT-интервала для стандартной и ортогональной систем отведений.

Автоматическая и ручная обработка сигналов и определение параметров QTa-интервала велись по методикам, сходным с описанными в [8, 14]. Ручная разметка вершины зубца T осуществлялась при помощи курсоров на экране компьютера по крупномасштабной ЭКГ (КМ ЭКГ). Для КМ ЭКГ использовались масштабы по усилению и скорости развертки, соответственно в диапазонах 60-100 мм/мВ и 150-200 мм/с. Для обеих исследуемых систем отведений (стандартной и ортогональной по Франку) в следующих друг за другом 3-4 кардиоциклах каждой записи определялось распределение по отведениям длительностей и корректированных согласно формуле H.C.Bazett [27] длительностей QTa-интервала, соответственно, tQTa(l) и tQTac(l), а также дисперсия QTaD и корректированная дисперсия QTaDc (по всем отведениям каждой из систем).

В компьютерных экспериментах использовались биофизическая модель электрической активности сердца и система моделирования, кратко описанные в [8]. Параметрами модели являются электрофизиологические и анатомо-физиологические характеристики сердца: геометрия желудочков и специализированной проводящей системы, скорости распространения процесса деполяризации по миокарду, ножкам пучка Гиса и волокнам Пуркинье, форма ТМП на эпикарде и эндокарде желудочков, ориентация собственных анатомических осей сердца относительно исходной системы координат и некоторые другие биофизические характеристики миокарда.

Примеры исходных модельных ЭКГ для одного из возможных наборов среднефизиологических значений параметров модели, принятых за условную норму, приведены в [8] (стандартные отведения) и [14] (X, Y, Z отведения системы Франка). Множество модельных ЭКГ обрабатывалось, как и множество реальных ЭКГ, алгоритмами идентификации и измерения зубцов и интервалов кардиосигнала с целью получения и сравнительного анализа значений tQTa(l) и QTaD.

1. Табл. 1 и табл. 2 содержат результаты ручных (по КМ ЭКГ) измерений средних значений длительности и корректированной длительности QTa-интервалов в каждом из 12 отведений стандартной системы (табл. 1) и в 3 отведениях ортогональной системы Франка (табл. 2) для мужчин и для женщин.

Длительность QTa-интервала у женщин во всех отведениях оказалась в среднем больше чем у мужчин. Отношение длительностей tQTa/tQT в каждом отведении близко к 0,7. Отведения, в которых достигались максимальное и минимальное значения длительности tQTa у конкретного пациента не совпадали, как правило, с отведениями, в которых таковыми являлись длительности tQT.

2. Автоматические измерения длительности QTa-интервала (которые в данном исследовании хронологически предшествовали измерениям ручным) выявили значительное количество случаев большой вариабельности измеряемых значений дисперсии QTa-интервала, QTaD, от цикла к циклу. Это создавало впечатление, как выяснилось далее - неоправданное, наличия у этих пациентов повышенного значения временной дисперсии QTaD.

С помощью КМ ЭКГ были проанализированы случаи (их оказалось около 50 из общего числа 250 наборов ЭКГ), когда разница длительностей интервала QTa, измеренных автоматически в любых двух из обработанных для данного пациента кардиоциклов, составляла более 30 мс и не укладывалась при этом в рамки формулы H.C.Bazett. Большинство рассмотренных случаев, как и следовало ожидать, было представлено плоскими «шероховатыми» (рис. 2) или двуфазными с почти равными амплитудами (рис. 3) зубцами T. ВКГ-картина этих случаев соответствует таким формам петель T и их ориентации, когда некоторая слабо изогнутая часть петли или ее интегральный вектор оказываются почти ортогональными к оси какого-либо отведения.

Понятно, что в этих случаях небольшая (например, дыхательная [29]) ротация сердца или слабые колебания изолинии могут приводить к скачкообразным цикл-цикл изменениям длительности QTa-интервала в отдельных отведениях и, как следствие, величины QTa-дисперсии. Эти изменения не имеют, естественно, диагностического значения и являются вторичными по отношению к первичным изменениям QTaD за счет нарушений процесса реполяризации.

На рис. 4 изображены схемы двух систем представления осей отведений для стандартной системы во фронтальной (F) и горизонтальной (H) плоскостях: шестиосевая система Бейли для отведений от конечностей (a) и шестиосевая система для грудных отведений (b). Принимая во внимание статистические характеристики ориентации максимального вектора петли T [30-31] (сектора ATS F,H на рис. 4 a,b соответствуют 95-процентным доверительным границам) и вид осредненных петель T [32] для нормальной ЭКГ, можно ожидать, что наиболее часто «плохими» для определения вершины T отведениями в норме должны оказываться III стандартное отведение во фронтальной плоскости и V 1 в горизонтальной (т.е. отведения, оси которых попадают в сектора BLS F,H , ортогональные секторам ATS F,H ), что и подтверждается результатами наших измерений. На рис. 4 показаны также F и H проекции петли T для одного из пациентов выборки (наибольшая погрешность цикл-цикл измерений tQTa наблюдалась в отведении III). При выраженных горизонтальной или вертикальной позиции сердца проблемы измерения tQTa, как это можно легко представить по рис. 4, могут возникать, соответственно, в отведениях aVF или aVL (в F), а также в отведениях V 2 или V 6 (в H). Чтобы избежать больших погрешностей при оценке средних величин QTaD, определение tQTa в данной работе велось нами далее по результатам ручных измерений. Рекомендации по объективизации измерений в автоматическом режиме представлены ниже.

3. В табл. 3 приведены средние значения дисперсии и корректированной дисперсии QTa-интервала в стандартной и ортогональной системах отведений для мужчин и женщин на фоне соответствующих значений дисперсии QT-интервала из [8, 14].

Средние значения дисперсии и корректированной дисперсии QTa-интервала, рассчитанные как QTaD = tQTa(l)_max - tQTa(l)_min по всем 12 отведениям стандартной системы и по 3 отведениям системы Франка, у мужчин и женщин практически не различаются. Сравнение QTaD для стандартной и ортогональной систем показывает, что QTaD 3 значительно меньше чем QTaD 12 . Величина QTa-дисперсии имеет тот же порядок что и величина QT-дисперсии, причем в среднем QTaD 3 несколько больше чем QTD 3 , а QTaD 12 несколько меньше чем QTD 12 .

У конкретных пациентов разность D = QTaD - QTD может быть как положительной, так и отрицательной. В табл. 4 приведено распределение значений D для 213 мужчин.

4. В качестве примера формирования величины QTaD в стандартной и ортогональной системах отведений приведем типичный результат измерения корректированных значений tQTac(l) во фронтальной (F) и горизонтальной (H) плоскостях для одного конкретного пациента из общей выборки (пац. Ю., муж., 40 лет):

tQTac(I, II, III, aVR, aVL, aVF) = 368, 363, 380, 361, 330, 368 мс;

tQTac(V 1  - V 6 ) = 391, 332, 344, 351, 342, 347 мс;

tQTac(X, Y, Z) = 347, 364, 336 мс.

ВКГ-петли в F и H плоскостях для этого примера представлены на рис. 5. Петли построены по следующим парам сигналов: X-Y и I-aVF (в F плоскости), X-Z и V 6 -V 2 (в H плоскости). Для удобства сравнения результатов петли двух систем были промасштабированы по максимальным значениям сигналов соответствующих пар отведений.

Посмотрим сначала дисперсию значений tQTac у этого пациента раздельно в двух плоскостях для сигналов стандартной и ортогональной систем:

QTaDc(I - aVF) = 50 мс, QTaDc(V 1  - V 6 ) = 59 мс,

QTaDc(X, Y) = 17 мс, QTaDc(Y, Z) = 28 мс.

В результате (объединяя измерения tQTac в двух плоскостях и находя новые значения tQTac max и tQTac min ) получим: QTaDc 12 = 61 мс, QTaDc 3 = 28 мс. Меньшее значение QTaD 3 по сравнению с QTaD 12 в данном случае определяется, в частности, более узкой, как видно из рис. 5, формой петли, построенной на сигналах ортогональной системы отведений, а также тем, что «касательные» точки некоторых отведений стандартной системы оказываются на петле левее и правее (по ходу петли), чем касательные точки трех отведений ортогональной системы.

Понятно, что величина QTaD определяется формой пространственной петли T, ее ориентацией в пространстве относительно осей отведений и скоростью перемещения конца моментного вектора T вдоль петли. QTaD зависит также, но в меньшей степени, от проекции начальной части петли QRS на оси отведений (фазовый сдвиг t 0 QRS согласно [8]). Изменения петли, включая патологические, будут приводить к перераспределению положения на ней точек, в которых нормали к осям отведений касаются петли T (см. рис. 1), и, следовательно, к увеличению или уменьшению QTa-дисперсии.

Основной вопрос - как связаны, если такая связь существует, возможные изменения негомогенности процесса реполяризации в желудочках и изменения величины QTaD. Рассмотрим некоторые аспекты этого вопроса в рамках полученных результатов модельных экспериментов.

5. Результаты компьютерного эксперимента (для тех же параметров модели, которые были использованы в работах [8, 14]) по исследованию распределения tQTa(l) в стандартной и ортогональной системах отведений для разных вариантов распределения длительностей ТМП на поверхности s электрически активного миокарда желудочков сведены в табл. 5.