Širdies ritmo variabilumas

Normaliomis fiziologinėmis sąlygomis pagrindinis širdies ritmo vedlys yra sinusinis mazgas. Sinusiniame mazge susidarius veikimo potencialui, širdies laidžiąja sistema sujaudinimo banga plinta visoje širdyje. Širdį

įnervuoja simpatinė ir parasimpatinė nervų sistemos, o pusiausvyra tarp šių dviejų autonominės nervų sistemos grandžių turi didelės įtakos ŠSD kontrolei [1]. Abiejų autonominės nervų sistemos grandžių sąveika yra dinamiška ir orientuota į organizmo poreikius [1].

Simpatinė širdies inervacija vyksta per simpatinius nervus iš paravertebraliai esančių simpatinių branduolių. Simpatinės skaidulos prasiskverbia pro širdies bazės miokardą ir pasibaigia skilvelių subepikarde [60]. Simpatinės nervų sistemos mediatoriai – norepinefrinas ir epinefrinas veikia per β-adrenoreceptorius (daugiausia per β1) širdyje ir α– adrenoreceptorius kraujagyslių lygiuosiuose raumenyse, sąlygoja ŠSD bei miokardo kontraktiliškumo didėjimą bei periferinę vazokonstrikciją [1], [158].

Autonominę parasimpatinę inervaciją širdis gauna iš klajoklių nervų skaidulų, kurių branduoliai yra pailgosiose smegenyse. Parasimpatinės skaidulos prasiskverbia pro miokardą ir subendokardiniame sluoksnyje suformuoja galinius aksonus. Parasimpatinė inervacija tankiausia sinusiniame ir atrioventrikuliniame mazguose bei viršutinėse ir užpakalinėse prieširdžių dalyse. Parasimpatinės nervų sistemos neuromediatorius acetilcholinas veikia per širdyje esančius M2 cholinoreceptorius ir sąlygoja ŠSD ir miokardo kontraktiliškumo mažėjimą [1, 158].

Lyginant parasimpatinę ir simpatinę inervaciją, parasimpatinio signalo intraląstelinės perdavimo sistemos ir mechanizmai gerokai paprastesni ir jų mažiau nei simpatinės nervų sistemos, todėl širdies atsakas į parasimpatinę stimuliaciją yra greitesnis nei į simpatinę, o parasimpatinio impulso poveikis gali baigtis žymiai greičiau nei simpatinio. Iš dalies taip yra dėl to, kad acetilcholiną greitai hidrolizuoja cholinesterazė, o norepinefrinas po atsipalaidavimo yra išsaugomas ir reabsorbuojamas neuronų [1, 158].

Sinusinio mazgo generuojamo impulso dažnis, vadinamas vidiniu širdies ritmu (VŠR), yra 95-110 k/min ir priklauso nuo amžiaus ir svorio [171]. Yra sudarytos linijinės regresijos lygtys, pagal kurias galima apskaičiuoti vidinio širdies ritmo dažnį, žinant žmogaus amžių (VŠR=118,1–(0,57 x amžius) ir svorį (VŠR=114–(0,02 x svoris) [171]. Normaliomis sąlygomis vidinis širdies ritmas dar priklauso nuo kūno temperatūros, tam tikrų metabolinių procesų [181] ir fizinio krūvio [171], bet nepriklauso nuo lyties, kraujo spaudimo, hematokrito ar hemoglobino [171].

Dėl parasimpatinės nervų sistemos poveikio į sinusinį mazgą ramybės būsenoje palaikomas 60-70 k/min ŠSD. Parasimpatinės nervų sistemos impulsų dažniui įtakos turi kvėpavimo dažnis ir įkvėpimo gilumas, todėl RR intervalo trukmė nuolat kinta ir tai vadinama sinusine aritmija. Didžiausias širdies ritmo variabilumas, ypač su kvėpavimu susiję jo kitimai, būdingi treniruotiems jauniems žmonėms, o senstant dėl mažėjančios

kvėpuojamosios aritmijos variabilumas mažėja [171]. Tuo remiantis daroma išvada, kad jaunų treniruotų žmonių ŠR reguliavimui didžiausią poveikį daro parasimpatinė sistema, o žmogui senstant ŠR darosi stabilesnis dėl mažėjančios šios sistemos įtakos [133, 171]. Kerstin Jensen-Urstad duomenimis [66] visos ŠRV dažnio (bendra spektro galia, galia labai lėto, lėto ir aukšto dažnio ribose) ir laiko (SDNN, SDANN, SDANNi, pNN50) charakteristikos neigiamai koreliuoja su amžiumi. 60-69 metų amžiaus grupės bendroji spektro galia 30 proc. žemesnė nei 20-29 metų amžiaus grupės asmenų [66].

Daugelis mokslininkų tiria, ar yra skirtumas tarp vyrų ir moterų ŠRV rodiklių [11, 66, 121, 124, 133]. Frank Beckers ir kt. tyrė vyrų ir moterų ŠRV rodiklius dienos ir nakties metu. Jie nustatė, kad moterų bendroji spektro galia (ms²), galia lėto dažnio ribose (LDK (ms2

)) ir LDK/ADK santykis tiek dieną, tiek ir naktį statistiškai reikšmingai žemesni, nei vyrų. Vyrų ir moterų spektro galia aukšto dažnio ribose (ADK (ms2

)) nesiskyrė nei dienos, nei nakties metu [11]. Jensen-Urstad duomenimis [66] moterų bendroji spektro galia, LLDK, LDK ir LDK/ADK santykis žemesni nei vyrų, nors moterų ŠRV rodikliams amžius turi mažesnę įtaką. D. Ramaekers [121] ir R. Sinnreich [133] taip pat pateikia duomenis apie didesnį vyrų simpatinės nervų sistemos aktyvumą – vyrų LDK (ms²) ir LDK/ADK santykio reikšmės didesnės nei moterų. Sheila M. Ryan nuomone dėl didesnio moterų parasimpatinės nervų sistemos aktyvumo, galimai sąlygoto estrogenų poveikio, ir didesnio bendro ŠRV kompleksiškumo moterų rizika sirgti širdies ir kraujagyslių sistemos ligomis yra mažesnė negu vyrų [124].

ŠRV rodiklių pokyčiai leidžia įvertinti nervinių ir humoralinių veiksnių įtaką sinusiniam mazgui [181]. Simpatinio ir parasimpatinio aktyvumo kitimas yra daugiafaktorinės ir daugiasluoksnės kraujotaką reguliuojančios sistemos reakcijos (galima sakyti fraktalinės) rezultatas, atspindintis viso organizmo adaptacinę reakciją [175]. Dėl protinės įtampos ar fizinio aktyvumo, kūno padėties ar kt., mažėja per n. vagus perduodamų impulsų dažnis, aktyvėja simpatinė nervų sistema ir kinta RR intervalų trukmė. ŠRV ryškiai sumažėja sergant miokardo infarktu, esant širdies nepakankamumui, sergant cukriniu diabetu, uždegiminėmis atramos ir judėjimo aparato ligomis, esant CNS pažeidimams, taip pat dėl kai kurių vaistų poveikio [95]. Daugelyje studijų pabrėžiama, kad ŠRV yra susijęs ne su specifine patologija, o su širdies ir kraujagyslių funkcine būkle [171], su IŠL sunkumu, širdies nepakankamumo ir grėsmingų aritmijų atsiradimu ir gali būti naudojamas ligonių po MI išgyvenamumo prognozavimui [27]. Bandoma ieškoti ryšio tarp sveikų asmenų ŠRV rodiklių ir rizikos susirgti IŠL per artimiausius 10 metų, apskaičiuotos naudojant Framinghamo suminės rizikos skaičiuoklę [64].

ŠRV nėra svarbus vien tik dėl prognozinės reikšmės. ŠRV charakteristikos aiškiai susiję su funkcine tiriamojo būkle bei fiziniu darbingumu, o jų kitimas – su gydymu vaistais ar reabilitacinėmis priemonėmis [171]. ŠR charakteristikos, ypač kartu su hemodinamikos parametrais, padeda patikslinti ne tik fizinį darbingumą, bet ir mechanizmus, per kuriuos ligotas, pervargintas ar detreniruotas organizmas kompensuoja kraujotakos funkciją bei prisitaiko prie kintančių testavimo bei gyvenimo sąlygų. Nustačius šiuos mechanizmus, galima patikslinti gydymą bei parinkti optimalų krūvį ligoniams reabilitacijos metu [171].

Širdies ritmo variabilumo analizė

ŠRV vertinimo metodas remiasi teorija, kad RR intervalų trukmė ir ŠSD priklauso nuo autonominės nervų sistemos aktyvumo. Tai gana paprastas, neinvazinis vegetacinės reguliacijos vertinimo metodas [175].

EKG įrašas apdorojamas, QRS kompleksai atpažįstami ir analizuojami kaip normalūs (N). Širdies ritmo variabilumas (ŠRV) – tai EKG NN (RR) intervalų trukmės kitimas gretimų širdies ciklų metu. Kadangi ŠRV rodo sinusinio mazgo funkcijos autonominę reguliaciją, todėl matuojamas tik esant sinusiniam ritmui [1]. Analizuojami ilgieji (24 valandų) ir trumpieji (5 minučių) EKG įrašai. Vertinti trumpuosius, 5 minučių, įrašus rekomenduojama tiriant fiziologinių ar farmakologinių veiksnių poveikį organizmui [95]. Penkių minučių trukmės segmentų analizę rekomenduojama naudoti vertinant adaptacinių organizmo reakcijų dinamiką [175].

Dažniausiai klinikinėje praktikoje taikomi ŠRV rodikliai.

 Laiko charakteristikų rodikliai:

SDNN (ms) (standartinė deviacija – standartinis nuokrypis nuo visų NN intervalų vidutinės trukmės);

SDANN (ms) – 24 val. įrašo 5 min trukmės segmentų NN intervalų standartinis nuokrypis;

SDNNi (ms) – visų 24 val. įrašo 5 min trukmės segmentų NN intervalų standartinio nuokrypio vidurkis;

MSSD – vidutinis kvadratinis intervalų sekos nukrypimas (kvadratinė šaknis iš gretimų NN intervalų skirtumų kvadratų vidurkio) [1, 95, 181]. NN50 – gretimų RR intervalų, kurie vienas nuo kito skiriasi 50 ms, skaičius;

pNN50 (proc.) – gretimų RR intervalų, kurie vienas nuo kito skiriasi 50 ms, skaičiaus proporcija visų intervalų atžvilgiu.

 Dažnio charakteristikų rodikliai:

Spektrinei RR intervalų galiai išskaičiuoti naudojama neparametrinis metodas – greitoji Furjė transformacija (angl. Fast Fourje transformation). Signalą, aprašytą laikinėje ašyje išskleidus Furjė eilute, gaunamas signalo spektras:



ˆ _{, kur}  bet koks realus skaičius (2) Šiuo metodu vertinama:

Bendra galia (ms²) – visų NN intervalų dispersija ≤ 0,4 Hz dažnyje; RR intervalų variabilumo komponentės:

ULDK (ms²), (proc.) – galia ultralėto dažnio ribose (≤0,003 Hz); LLDK (ms²), (proc.) – galia labai lėto dažnio ribose (0,003 – 0,04 Hz); LDK (ms²), (proc.) – galia lėto dažnio ribose (0,04 – 0,15 Hz);

ADK (ms²), (proc.) – galia aukšto dažnio ribose (0,15 – 0,4 Hz); LDK+ADK (ms²) – bendra galia (be LLDK);

LDK/ADK santykis –sympaticus /vagus pusiausvyra;

Alfa (α) –spektro linijinės interpoliacijos nuolydis log-log skalėje; Variabilumo koherencija (proc.), (Hz) [95].

Laiko, arba statistiniai, rodikliai rodo sinusinio mazgo funkcijos autonominę reguliaciją, tiksliau parasimpatinės nervų sistemos įtaką širdies ritmui, ir taikomi įvairios trukmės (5 min, 24 val.) EKG įrašų analizėje. SDNN rodiklis tinka trumpų RR intervalų sekų skaičiavimui, nes, didėjant sekos ilgiui, ryškėja kitų poveikių, taip pat ir simpatinės nervų sistemos, įtaka širdies ritmui [171]. SDANN ir SDNNi naudojami ilgų sekų analizei. MSSD tinka autonominės nervų sistemos (ANS) parasimpatiniam poveikiui fizinio krūvio metu ar geriant vaistus matuoti [171], nes jam įtakos neturi lėtų dažnių komponentė [175]. NN50 (gretimų RR intervalų, kurie vienas nuo kito skiriasi daugiau kaip 50 ms skaičiavimas) ir pNN50 (jų proporcija visų RR intervalų atžvilgiu) – taip pat statistiškai patikimi ir gana plačiai paplitę parasimpatinės įtakos rodikliai [171]. SDNN reikšmių (ms) didėjimas atspindi kvėpavimo įtaką širdies ritmui, o mažėjimas – simpatinės įtakos didėjimą [175]. Labai ryškų SDNN sumažėjimą sąlygoja ypač didelė reguliacinių sistemų įtampa, kai į reguliacijos procesą įjungiama CNS (aukščiausias lygmuo) ir beveik visiškai užslopinama parasimpatinė įtaka [175].

Dažnio charakteristikų parametrų analizė rodo širdies dažnio signalo, išskaidyto į skirtingus dažnius ir amplitudes, periodinius svyravimus bei suteikia informacijos apie jų santykinį intensyvumą širdies sinusiniame ritme. Manoma, kad ADK rodo parasimpatinę širdies ir kraujagyslių sistemos reguliaciją, o LDK veikiamos tiek simpatinės, tiek parasimpatinės

grandžių, taip pat ir barorefleksų, dalyvaujančių kraujagyslių tonuso reguliacijoje [171, 175]. LLDK įtakos turi daugelis veiksnių, tarp jų renino - angiotenzino sistema bei termoreguliacija [1, 18, 95, 171], nors grįžtamasis ryšys hemodinamikoje paprastai vėluoja lyginant su mechaniniais, centriniais nerviniais efektais, kvėpavimo, centrinių osciliatorių, stuburo refleksų bei kraujagyslių autoritmiškumu [18]. LLDK tampriai susijusi su psichoemocine įtampa ir galvos smegenų žievės funkcine būkle [175]. LDK/ADK atspindi simpatinės/parasimpatinės sistemų pusiausvyrą, nors pastaruoju metu tuo pradedama abejoti [23].

Alfa (α) spektro linijinės interpoliacijos nuolydis log-log skalėje, paprastai naudojamas ilgų įrašų analizėje ir suteikia papildomos informacijos, ypač tais atvejais, kai dėl įvairių fiziologinių poveikių 24 val. EKG registracijos metu sunku vertinti tyrimo rezultatus, analizuojant tik įprastinius rodiklius [95]. Išoriniai stimulai ir dėl jų atsirandančios vidinės fluktuacijos sukelia perėjimą iš vienos būsenos į kitą [38, 142]. Fiziologiniams signalams, atspindintiems tam tikros organizmo funkcinės sisitemos būklę, būdingi svyravimai, kurie savyje turi ,,paslėptą informaciją“, dažnai vertinamą kaip ,,signalo triukšmas“. Kai α reikšmės yra apie 1, stebime ,,rožinį triukšmą“. Tai vertinama kaip normali organizmo būsena, kai tarp visų fraktalinių lygių yra pusiausvyra, o reguliacinės sistemos įtaka nežymi ir reikalinga tai pusiausvyrai palaikyti. Jei α yra artimas 0, tada procesas artimas „baltam triukšmui“, tai liudija apie prarastą ryšį su reguliacinėmis sistemomis (pvz. prieširdžių virpėjimas), o α reikšmės artėjimas prie 2, rodo reikšmingą reguliacinių procesų įtaką. Šiuo atveju kalbame apie „rudąjį triukšmą“ (pvz. širdies nepakankamumas). Taigi, sumažėjusi (,,baltas triukšmas“) ar padidėjusi (,,rudasis triukšmas“) reguliacinių sistemų įtaka rodo ribinę patologinę, kartais gyvybei pavojingą organizmo funkcinę būklę [38, 157]. Neigiamas alfa linijinis trendas (judėjimo kryptis) rodo spektro poslinkį į žemo dažnio sritį (stiprėjančią simpatinės nervų sistemos įtaką), o teigiamas linijinis alfa trendas (judėjimo kryptis) – poslinkį į aukšto dažnio sritį (stiprėjančią parasimpatinės nervų sistemos įtaką) [38].

Variabilumo koherencija – dar vienas autonominės nervų sistemos funkcijos vertinimo rodiklis, taikomas linijinių sąsajų tarp fiziologinių signalų dinamikos vertinimui. Koherencija tarp RR intervalų ir kvėpavimo signalų ramybės sąlygomis stebima ties aukšto dažnio komponentėm (0,15-0,4 Hz). Dėl įvairių fiziologinių poveikių, pvz. kūno padėties pakeitimo, koherencijos lygis pasislenka į lėto dažnio komponentės lygį (0,04-0,07 Hz) [74].

Kai kurie ŠRV laiko ir dažnio charakteristikų rodikliai, būdami nepriklausomi nuo kitų, tarpusavyje tampriai koreliuoja.

Labai stipri teigiama koreliacija (r>0,9) nustatyta tarp:

 MSSD ir pNN50, bei tarp šių laiko charakteristikų ir ADK;

 SDNN ir SDANNi, LLDK ir LDK, LDK ir ADK, o taip pat tarp LDK+ADK ir ADK bei LDK.

Stipriai teigiamai koreliuoja (r>0,8):

 SDNN ir SDANNi su MSSD;

 pNN50, LLDK, LDK, ADK su LDK+ADK; MSSD ir pNN50 su LDK ir LDK+ADK.

Silpnesnė koreliacija (r>0,5) nustatyta tarp:

 LDK/ADK santykio ir kitų ŠRV parametrų [99].

Stiprią koreliaciją tarp šių rodiklių galima paaiškinti artima jų kilme. Matematiniu požiūriu SDNN kvadratu (ms2

) ir bendroji spektro galia yra identiški [99], o fiziologine prasme bendroji spektro galia, skirtingai nei SDNN, atspindi tik periodinius, bet ne fraktalinius (nelinijinius) ŠR svyravimus [175]. Todėl nestebina, kad ilgųjų, 24 val., įrašų dažnio ir laiko charakteristikos koreliuoja su spektro juostų galia [99]. Logiška ir tai, kad MSSD ir pNN50 labai stipriai koreliuoja su galia aukšto dažnio ribose, nes šie rodikliai atspindi parasimpatinę įtaką, kuri tampriai susijusi su kvėpavimo dažniu ir įkvėpimo gilumu, sąlygojančiu sinusinę aritmiją. MSSD, pNN50, o taip pat ir kiti laiko rodikliai SDNN ir SDNNi stipriai (r=0,8–0,9) koreliuoja su širdies ritmo dažnuminėmis charakteristikomis (LLDK, LDK ir ADK) bei su bendrąja spektro galia be LLDK (LDK+ADK). Šie rezultatai rodo, kad šios galios spektro juostos yra veikiamos tų pačių veiksnių, pavyzdžiui, n. vagus. Įdomu tai, kad nustatoma silpna LDK/ADK santykio koreliacija su kitais ŠRV rodikliais, net ir su tais, kurie naudojami šį santykį apskaičiuojant [99]. Atsiradus tam tikrai patologijai, pvz. po miokardo infarkto, ryšiai ir santykis tarp šių rodiklių nepakinta [99, 181].

Apibendrinimas

Dėl holistinio kurortinių veiksnių poveikio ir metodologinių ypatumų sunku tirti jų poveikį žmogaus organizmui ir adaptacinėms reakcijoms. Tiek atskirų biocheminių rodiklių tyrimai, tiek ir gydymo efektyvumo vertinimas pagal įvairių anketų ir klausimynų duomenis bei statistinė jų analizė suteikia nemažai informacijos apie gydymo atitinkamais veiksniais efektyvumą, tačiau neatskleidžia procesų, vykstančių žmogaus organizme, taikant įvairių kurotologinių veiksnių poveikius, visumos. Taip pat nėra duomenų apie tai, kas vyksta žmogaus organizme paties poveikio, t. y. pačios procedūros, metu.

Kompleksinių sistemų teorija ir integralaus organizmo sistemų vertinimo modelis – tai naujas teorinis kurortologinių veiksnių poveikio tyrimo holistiniu požiūriu pagrindas. Elektrokardiografinių rodiklių ir jų tarpusavio sąsajų bei jų dinamikos tyrimas, taip pat ir širdies ritmo variabilumo kitimo vertinimas bei nauji matematiniai jų analizės metodai – tai naujos galimybės praktiniam kompleksinių sistemų teorijos pritaikymui, siekiant atskleisti kurortologinių veiksnių sukeliamus efektus. Tokie tyrimai leidžia vertinti, kaip kinta organizmo kompleksiškumas įvairių poveikių metu, nustatyti tarpgrupinius (skirtingo amžiaus ir lyties asmenų) organizmo reakcijų skirtumus, įvertinti poveikio adekvatumą esamai organizmo būklei, nustatyti minimalų ir optimalų procedūrų skaičių. Taikant šį metodą sporto medicinoje pastebėta, kad tai labai jautrus metodas, atskleidžiantis net ir nedidelius reakcijų ypatumus ir skirtumus, kurių negalima pastebėti tiriant kitais metodais, taip pat ir įprastinės elektrokardiografijos būdu. Nauja matematinės analizės metodika, sudarant dviejų procesų matricas ir išskaičiuojant diskriminantą, nereikalauja didelės apimties tiriamųjų imčių, todėl šis metodas ir ateityje galėtų būti plačiai taikomas kurortologiniuose tyrimuose, ypač diegiant naujas procedūras bei tiriant ir lyginant gydymui taikomų procedūrų sukeltus efektus.