Ритмография – метод оценки работы синусового узла

Очерк из монографии Е.А. Гавриловой "Спорт. Стресс. Вариабельность"
Что такое вариабельность ритма сердца?

В переводе с латинского языка вариабельность означает изменчивость. Изменчивость определенного параметра или даже организма в целом. Отклонение от некоего устойчивого варианта. Чем больше вариантов изменения параметра, тем выше способность организма приспособиться (адаптироваться) к меняющимся условиям внутренней и внешней среды, в том числе и к условиям спортивной деятельности.

Чарльз Дарвин, изучая изменчивость (вариабельность) биологических видов, пришел к выводу, что выживает не самый сильный и не самый умный. Выживает тот, кто умеет приспосабливаться к условиям окружающей среды. Сегодня в условиях неуклонного роста случаев внезапной смерти в спорте эти слова великого ученого звучат пророчески. Это изречение вполне может быть применимо и к профессиональному выживанию атлетов – удержанию высоких спортивных результатов.

Вариабельностью отличаются почти все показатели организма: ферменты, гормоны, метаболиты, психические и физиологические функциональные параметры.

Однако наиболее удобной в оценке вариабельности организма является сердечно-сосудистая система (ССС) и, в частности, сердечный ритм (ритм биений сердца).

Какие преимущества этого выбора? Сердечный ритм практически не подвержен сознательному контролю(иоги). ССС работает постоянно. Ритм сердца четко контролируется, достаточно легко регистрируется, в том числе и дистанционно. За короткий промежуток времени можно получить большое число вариантов этого параметра. Соответственно высока скорость записи. Метод достаточно дешев и доступен для понимания не только врачами, но также тренерами и спортсменами. Запись параметров ритма сердца легко воспроизводима, возможна в «полевых условиях», что крайне важно для тренировочного процесса.

Так что же такое вариабельность? По определению В.В. Попова и Л.Н. Фрицше (2005), вариабельность – это свойство всех биологических процессов, связанное с необходимостью приспособления организма к изменяющимся условиям окружающей среды. Вариабельность, или изменчивость, тех или иных параметров, в том числе и сердечного ритма, отражает воздействие сигналов управления, перенастраивающих клетки, органы или системы в интересах сохранения гомеостаза или адаптации организма к новым условиям.

Н.А.Воронов (2011) очень кратко охарактеризовал вариабельность сердечного ритма как изменчивость R–R-интервалов последовательных циклов сердечных сокращений возле его среднего значения.

Мы предлагаем следующее определение ВРС применительно к практике спорта.

Вариабельность ритма сердца – это изменчивость временных интервалов между ударами сердца, по характеру которой можно судить о способности к адаптации организма как в настоящий момент (переносимость текущих нагрузок), так и в перспективе (оценка резерва адаптации).

Е.А. Гаврилова
На сегодняшний день есть много определений ритмокардиографии. Однако для применения в области спортивной медицины и физиологии большинство из них не годятся ввиду нацеленности их на клиническое использование при различных заболеваниях (ИБС, гипертоническая болезнь, инсульт, сахарный диабет).

По определению Т. Ф. Мироновой (1998), ритмокардиограмма отражает основную моторную деятельность сердца, потенцируемую импульсами синусового узла, сохранившего свою роль пейсмекера первого порядка и способного воспринимать гуморально-метаболи­ческое и двойное вегетативное регулирующее влияние.

Близко к спортивной практике определение Р. М. Баевского (1999), который характеризует методику как современную методологию и технологию исследования и оценки состояния регуляторных систем организма, в частности функционального состояния различных отделов вегетативной нервной системы (ВНС).

Нами предложено определение, в которое включены ответы на два вопроса: что непосредственно подвергается анализу и что это отражает.

Ритмокардиография – это метод анализа автоматизма синусового узла, отражающий состояние регуляторных систем организма и степень его уравновешенности с внутренней и внешней средой.

Итак, по каким данным изучается автоматизм синусового узла? Для этого используется анализ продолжительности межсистолических интервалов в секундах на электрокардиограмме за определенный промежуток времени, другими словами: продолжительность интервалов в секундах между ударами сердца.
Рис. 1. R–R-интервал электрокардиограммы.
Рис. 1. R–R-интервал электрокардиограммы.

P–R Interval
Каждый интервал между двумя комплексами измеряют по соседним зубцам Р, а чаще R (R–R-интервал) в секундах и размещают друг за другом в виде вертикального отрезка на оси абсцисс (кардиоинтервалограмма) (рис. 2).
Рис.2 Формирование кардиоинтервалограммы
Рис.2 Формирование кардиоинтервалограммы
Рис. 2. Формирование кардиоинтервалограммы (по Методическим рекомендациям «Исследование вариабельности сердечного ритма», СПб., 2003). Стрелками отмечены элементы интервалограммы, соответствующие интервалам между R–R-зубцами ЭКГ.
Как видно на рис. 2, все интервалы значительно отличаются друг от друга по длине. По оси ординат отрезок каждого интервала имеет длину, эквивалентную продолжительности по времени в секундах. Таким образом, РКГ – это графическое изображение последовательного ряда межсистолических интервалов в виде отрезков прямой линии, эквивалентных по длине продолжительности пауз между сокращениями сердца (Миронова Т.Ф., 1998).

На рис. 2 видно, что массив R–R-интервалов образует подобие волн (так называемая волновая структура ритма сердца).

При анализе РКГ необходимо учитывать одно важное условие… Анализируемые удары сердца должны быть обусловлены работой исключительно основного водителя ритма – синусового узла.

Синусовый, или синоатриальный узел представляет собой небольшую эллипсовидную пластинку шириной 3 мм, длиной 15 мм, толщиной 1 мм и располагается в верхней части заднебоковой стенки правого предсердия у места впадения в него верхней полой вены (рис. 3).

Рис. 3. Место расположения синусового
Рис. 3. Место расположения синусового узла и нижележащих структур проводящей системы сердца – потенциальных источников несинусового автоматизма (атрио-вентрикульрный узел, пучок Гиса и его ножки).

Клетки, входящие в состав узла, значительно отличаются от сократительных клеток миокарда и обладают функцией автоматизма – способностью самопроизвольно возбуждаться и распространять потенциал действия на миокард, вызывая ритмические сокращения сердца.

Итак, обязательным условием для оценки вариабельности организма является наличие синусового ритма – ритма, генерируемого синусовым узлом. Если в ритме сердца присутствуют другие источники – экстрасистолы, работа нижележащих отделов проводящей системы сердца (атриовентрикулярный узел, ножки пучка Гиса) или ритм определяется предсердными очагами (мерцание–трепетание предсердий, миграция водителя ритма по предсердиям), то оценивать вариабельность организма через ритм сердца нельзя. В этом случае, по мнению Э.В. Земцовского (1979), нужно при расшифровке РКГ ограничиться констатацией нарушений ритма сердца.

Почему анализу должен подвергаться только синусовый ритм? Это объясняется тем, что только работа синусового узла дает возможность оценить состояние организма, состояние его вариабельности и соответственно резервы адаптации, а также условия существования организма. Другие источники ритма случайны, и их анализ годится разве что для оценки заболевания, назначения лечения и его контроля.

Ни о какой адаптации в этом случае речь уже не идет, потому, что процесс образования импульса в синусовом узле системный, зависящий от деятельности большого количества регуляторных систем организма и влияний окружающей среды. Работа же любых других источников автоматизма в сердце – процесс, как правило, хаотичный.

При нарушениях функции синусового узла, фибрилляции предсердий, синоатриальных блокадах, других аритмиях регуляция сердца полностью не нарушается, а основной точкой приложения регуляторных влияний в этом случае становится атриовентрикулярный узел (Яблучанский Н.И., 2010). Это тоже интересная и полезная тема, которая требует специального изучения, но она лежит за пределами данной работы, основная задача которой – оценка функционального состояния спортсмена.

По той же причине при анализе вариабельности нельзя использовать пульсометрию (сигнал с сосуда, например, с мочки уха, а не ЭКГ-сигнал), поскольку без анализа ЭКГ происхождение пульса остается неизвестным.

Таким образом, при ритмокардиографии анализируем вариабельность R–R-интервалов при обязательном синусовом источнике автоматизма.
Опосредованно на основании вариабельности R–R-интервалов можно судить о работе синусового узла.
Информация, которую несет синусовый узел
Почему же работа такой маленькой структуры организма, как синусовый узел, может указывать на состояние организма и оптимальность условий его существования? В синусовом узле потенциал действия вырабатывается самопроизвольно с определенной частотой и регулярностью. Обусловлен этот ритм действием большого количества регуляторных систем, влияющих как на организм в целом, так и на синусовый узел в частности. Просто влияние этих систем на синусовый узел легче оценить.


Регуляторные системы обрабатывают различные стимулы, поступающие как из внутренней, так и из внешней среды (механические, химические, физические, электромагнитные сигналы окружающего мира) (рис. 4).
Рис. 4. Схема функционирования синусового узла.
Рис. 4. Схема функционирования синусового узла.


Как видно на рис. 4, в организм поступают различные сигналы из внутренней и внешней среды. Это – на входе. Регуляторные системы обрабатывают эту информацию и в виде различных медиаторов посылают в синусовый узел. В синусовом узле имеются различные группы клеток, с различной степенью автоматизма и различной чувствительностью к этим медиаторам (Рябыкина Г.В., Соболев А.В., 1998).

На выходе узел вырабатывает определенный ритм сокращений сердца, по частоте и регулярности оптимальный для условий существования данного организма в данных условиях окружающей среды, то есть оптимальность ритма вырабатывается регуляторными системами на основе информации о состоянии самого организма и окружающей среды.

Таким образом, работа синусового узла является отражением работы регуляторных систем организма в ответ на различные изменения внешней и внутренней среды. Обрабатывая информацию, полученную на выходе из узла, а именно: частоту сердечных сокращений (ЧСС) и их регулярность (вариабельность), можно оценить информацию, которая поступила в синусовый узел на входе, то есть через регуляторные системы оценить состояние внутренней среды и ее уравновешенность с внешней средой обитания организма, в том числе и с любой деятельностью человека, включая тренировочную и соревновательную деятельность. В последние годы этот метод используют также для прогноза одаренности к различным профессиональным видам деятельности и в отборе к ним (Hottenrott K., Hoos O., Esperer H.D., 2006; Булатецкий С.В., 2009).

Неадекватность работы самого организма или условий его обитания незамедлительно отразится на параметрах ритма сердца. Именно на этом и построена китайская медицина, в которой по сотне параметров биений сердца врач может определить, в какой системе организма произошел сбой и каков вклад внешней среды в этот сбой.

При современном развитии электроники это можно сделать с помощью компьютерного математического анализа ритма сердца и получить не меньше различных его характеристик, чем в китайской системе. Вопрос состоит лишь в том, как правильно оценить эти характеристики. Принципы доказательной медицины требуют сопоставлений, корреляций показателей РКГ с показателями уже известных и зарекомендовавших себя других клинико-инструментальных методов.

Итак, синусовый узел характеризует работу различных регуляторных систем, а они, в свою очередь, – состояние организма в целом и оптимальность его существования во внешней среде.
Синусовый узел – одна из промежуточных структур в оценке деятельности организма, лежащая между ритмом сердца и целым рядом регуляторных систем. В конечном итоге синусовый узел – лишь посредник в оценке этих систем. Регуляция сердечного ритма является результатом модулирующего влияния вегетативной и центральной нервной системы, ряда гуморальных и рефлекторных воздействий со стороны организма. Синусовый узел имеет двусторонние связи с основными системами и органами через нервные окончания, гормоны, метаболиты и парциальное давление крови.

Отклонения, возникающие в регуляторных системах, задолго предшествуют энергетическим, метаболическим, функциональным нарушениям органов и систем организма, не говоря уже о болезни, и являются ранними прогностическими признаками ее развития, опережая клинико-лабораторные и инструментальные изменения (Баевский Р.М., 1997).

Оценка регуляции лежит в основе донозологической диагностики, позволяет выявить малейшие отклонения в состоянии здоровья человека, функционального статуса и резервов адаптации ввиду быстроты реагирования на внешние и внутренние изменения.

Регуляция СУ – это модель регуляции всего организма.
Синусовый узел служит индикатором более общих изменений в организме (результат совокупности действия различных факторов), обусловленных различными регуляторными воздействиями в ответ на сигналы внутренней и внешней среды.

Основная задача исследователя – выделить и количественно оценить влияние на синусовый узел каждого из звеньев регуляции его деятельности. Такой подход и позволяет использовать ВРС в диагностическом и прогностическом плане.

Все регулирующие системы (контуры управления) организмом Р.М. Баквский (1968) предлагал разделить на два: высший – центральный контур и низший – автономный (местный) контур регуляции (рис. 5).
Рис. 5. Двухконтурная модель регуляции сердечного ритма (по Баевскому Р.М., 1968).
К автономному контуру регуляции автор относит сами клетки синусового узла (саморегуляция), парасимпатическую нервную систему (блуждающие нервы и их ядра в продолговатом мозге). Автономный контур связан с дыхательными изменениями кровенаполнения сердечных полостей.

Центральный контур, по Р.М. Баевскому (1968), состоит из трех уровней. Этим уровням соответствуют не столько анатомо-морфологические структуры мозга, сколько определенные функциональные системы и уровни управления:

• уровень внутрисистемного управления через вазомоторный центр продолговатого мозга и симпатическую нервную систему (уровень В);

• уровень межсистемного управления – гормонально-вегетатив­ный гомеостаз через гипоталамо-гипофизарную систему (уровень Б);

• уровень взаимодействия организма с внешней средой (адаптационная деятельность организма) через центральную нервную систему, включая корковые механизмы регуляции (уровень А).

Морфологически выделяют четыре уровня центральной регуляции:

– спинной мозг;
– ствол мозга;
– область гипоталамуса;
– кора головного мозга.

Такая модель регуляции работает и в любом другом органе или системе организма.

Центральные регуляторные механизмы в состоянии покоя работают исключительно в режиме контроля, который характеризуется большим числом «степеней свободы» нижележащих систем. А увеличение этих «степеней свободы» и снижение контроля центральных систем в конечном итоге способствует достижению функционального оптимума при выполнении нагрузки, то есть при оптимальном регулировании управления участие высших уровней минимально.

Деятельность низших уровней при этом как бы «освобождает» высшие уровни от необходимости постоянного контроля за местными регуляторными процессами. Так, у спортсменов с удовлетворительным функциональным состоянием ССС не было выявлено тесных связей показателей РКГ с морфологией и функцией сердца по данным углубленного кардиологического обследования (Дембо А.Г., Земцовский Э.В., 1979).

Это подтверждает мнение Р.М. Ба­евского о том, что в норме, в состоянии покоя работа сердца не зависит от функции синусового узла. В случае ухудшения функционального состояния ССС число корреляций между показателями сердечного ритма, центральной гемодинамики и морфометрии сердца у спортсменов линейно возрастает.

В случае, когда низшие уровни не справляются со своими функциями, необходима центральная координация деятельности отдельных систем для слаженной работы организма и уравновешивания его с внешней средой. Такая регуляция уже происходит за счет напряжения всех ее механизмов. Чем выше централизация управления функцией, тем выше физиологическая «цена» адаптации. Чем ниже уровень регуляции, тем больше шансов на успешную адаптацию даже при тяжелых стрессах.

Таким образом, чем лучше работа отдельных систем организма, тем слаженней работа всего организма, тем меньше напряжение регуляторных систем и тем выше его резерв адаптации. Это относится не только к физиологическим возможностям организма и оценке здоровья, но и к профессиональной пригодности, тренированности, работоспособности.

Хорошо сбалансированная регуляция позволяет спортсмену максимально использовать свои функциональные возможности во время тренировок, обеспечивает необходимую экономизацию функций в покое, активное включение систем и органов на тренировках и соревнованиях, а также определяет скорость восстановительных процессов после них.

Важно помнить, что у каждого организма свой индивидуальный «лимит» адаптации. И нагрузка, предъявляемая к данному организму, не должна выходить за пределы этого «лимита», что может привести к перенапряжению и истощению механизмов регуляции. Это особенно важно при изменении условий окружающей среды, в субэкстремальных и экстремальных условиях, особенно при напряженной спортивной деятельности.

Отсутствие четкого представления о границах резервных возможностей спортсмена и их игнорирование не только могут способствовать напряжению регуляторных систем его организма и развитию заболеваний, но и служить препятствием к достижению высоких спортивных результатов.

Известно, что высокий спортивный результат может быть достигнут только при оптимальном функционировании организма в экстремальных условиях соревновательной деятельности

Исследование регуляции организма спортсмена полезно в оценке текущих событий, таких, как динамический контроль за тренировками, определение спортивной «формы», раннее выявление признаков физического перенапряжения и состояния перетренированности, определение резерва адаптации, прогноз спортивного результата и развития патологии у атлета.

Подводя итог главе о функционировании регуляторных систем, следует отметить уникальность системы управления организма в целом, и СУ – в частности. Иерархический принцип этого управления заключен в том, что каждый нижний уровень в нормальных условиях функционирует автономно. При изменениях внешней или внутренней среды организма, в том числе и при развитии патологического процесса с целью сохранения гомеостаза активируются высшие уровни управления.

Процесс адаптации требует расходования энергетических, метаболических и структурных ресурсов организма и осуществляется через нервные, эндокринные, гуморальные механизмы, которые условно делят на автономные и центральные. Вмешательство центральных механизмов управления в работу автономных происходит только в том случае, когда последние перестают оптимально выполнять свои задачи.
Таким образом, оптимальное регулирование любой системы, как и организма в целом, происходит с минимальным участием высших уровней управления, что обеспечивает максимальную адаптивность организма при его взаимодействии с факторами внешней среды.
При неоптимальном управлении необходима активация все более высоких уровней управления (централизация управления), что требует большого расходования энергии и возрастания «цены» адаптации для организма ввиду выраженного напряжения регуляторных механизмов.
Очень важно, приступая к записи РКГ, знать основные правила, которые помогут избежать записи различных влияний на организм, которые не являются объективными и важными в оценке состояния организма. Это так называемые нестационарные процессы. Поэтому обследование должно проводиться с максимальным исключением всех стимулов на организм, которые не входят в задачу исследования (Aubert A.E., Seps B., Beckers F., 2003).

Приступать к записи следует не ранее чем через 1,5–2 ч после последнего приема пищи, лучше в 9–12 ч утра без предшествующих физических и эмоциональных нагрузок (тренировок), после достаточного ночного сна. В противном случае будет оцениваться влияние на организм спортсмена переваривания пищи, недосыпания или текущей тренировки.

Спортсмен должен быть проинформирован о времени и содержании диагностической процедуры, включая функциональные пробы, и важности отсутствия посторонних сигналов, например, звонков его сотового телефона. Исследование проводят в изолированном кабинете при постоянной комфортной температуре. Стены кабинета должны быть окрашены в равномерные, нейтральные тона. Следует устранить все факторы, влияющие на эмоциональное и физическое состояние обследуемого: звонки телефона, разговоры персонала, приход посторонних лиц. Перед записью желательно дать спортсмену 5–10 мин отдыха для привыкания к условиям записи и повышения стационарности процесса обследования.

Анамнез перед исследованием должен быть тщательным образом собран, чтобы максимально понять влияние внутренних и внешних воздействий на организм испытуемого. Так, у спортсменок очень важно учитывать фазу менструального цикла. Следует принимать во внимание все предшествующие и фазу текущего тренировочного цикла, соревновательный период, проведенные восстановительные мероприятия, в том числе медикаментозное лечение.

Положение спортсмена во время записи РКГ покоя должно быть расслабленное, дыхание спокойное, сидя или лежа, не раздеваясь. Электроды накладываются без соблюдения полярности (в зависимости от прибора на руки (и) на ноги) в области внутренней поверхности предплечий (голеней) с использованием электродной пасты или физиологического раствора натрия хлорида.

Чтобы убедиться и документально подтвердить наличие синусового ритма у спортсмена, желательно перед записью РКГ снять спортсмену ЭКГ и приложить ее к отчету. Синусовый ритм подразумевает обязательное наличие перед каждым желудочковым комплексом зубца Р (рис.1).

Технология обследования базируется на данных регистрации ЭКГ в любом из стандартных отведений. Однако следует выбирать то отведение, где зубцы R наиболее выражены по сравнению с другими зубцами. Технически иногда при слишком выраженных зубцах Т может автоматически идти подсчет не только R–R-интервалов, но и R–Т и Т–R-интервалов, что делает РКГ непригодной для анализа.

В Международных рекомендациях для стандартизации различных исследований, посвященных анализу вариабельности ритма на коротких записях, выбрана предпочтительная длительность записи для стационарных систем – 5 мин, если природа исследования не диктует иного (www.hrv.ru). Некорректно сравнение временных величин, особенно характеризующих общую вариабельность, вычисленных на основе записей различной длительности.

При записи РКГ лучше все пять минут следить за монитором, чтобы длинные межсистолические интервалы не перепутать с постэкстрасистолическими паузами, а также зафиксировать все артефакты. Показано, что экстрасистолы, выпадающие комплексы, помехи, переходные процессы, другие случайные явления значительно искажают анализ РКГ, как правило, в сторону улучшения вариабельности ритма сердца. Таким образом, неправильно записанная РКГ дает ложную информацию и дискредитирует метод.

По данным В.М. Михайлова (2002), при анализе 50 ритмограмм с наличием 1–2 экстрасистол или артефактов до и после ручной коррекции записи значения показателей ВРС в некоторых случаях отличались в несколько раз. Особенно чувствительными к случайным явлениям были HF и показатели вариабельности – наиболее важные показатели в оценке функционального состояния спортсмена. Поэтому анализу должны подвергаться только участки ритмограммы с синусовым ритмом, свободные от экстрасистол. В некоторых случаях допускается небольшое (до трех в минуту) число экстрасистол, если в используемом приборе имеются специальные процедуры замены экстрасистолических комплексов на «нормальные». Отсюда в Международных рекомендациях используется понятие N–N-интер­валов как эквивалента R–R-интервалов, где экстрасистолические комплексы заменены на ожидаемые синусовые.

Каждую последующую функциональную пробу можно проводить, если есть уверенность, что показатели РКГ после пробы вернулись к исходным значениям, которые были до проведения первой пробы. В случае длительного восстановления следующую пробу необходимо перенести на другой день.

Повторные сравнительные обследования необходимо проводить по возможности в тех же условиях, что и первичное, в одно и тоже время суток, поскольку доказано, что имеются выраженные суточные колебания активности отдельных звеньев системы нейрогормональной регуляции (Берсенев Е.Ю., Воронов А.В., 2008).

Желательно хранить все предыдущие исследования спортсмена. Чем больше предыдущих обследований имеется в базе данных, тем более точные заключения можно дать по поводу текущего состояния и прогноза функционального состояния и адаптационных резервов спортсмена на будущее, тем легче осуществлять контроль и оптимизацию тренировочного процесса, и прогнозирование спортивных результатов (D'Ascenzi F., Alvino F., Natali B.M., 2013).