Автореферат и диссертация по медицине (14.00.06) на тему:Использование математического анализа ритма сердца в комплексной диагностике синдрома слабости синусового узла

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАД. И.П.ПАВЛОВА

На правах рукописи

Лиакат Али

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА РИТМА СЕРДЦА В КОМПЛЕКСНОЙ ДИАГНОСТИКЕ СИНДРОМА СЛАБОСТИ СИНУСОВОГО УЗЛА

14.00.Об - кардиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте кардиологии МЗ РФ, Санкт-Петербург.

Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор Л.В.Чирейкин.

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор М.С.Кушаковский доктор медицинских наук, профессор В.П.Андрианов

Ведущее учреждение : институт физиологии имени академика И.П.Павлова РАН

Защита состоится << _>> _ 1997 г. в_час

на заседании Диссертационного совета Д 074.37.01 при Санкт-Петербургском государственном медицинском университете им. акад. И.П.Павлова по адресу: Санкт-Петербург, ул. Льва Толстова, 6/8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « _» _ 1997 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор медицинских наук

Т.В. Антонова

Актуальность проблемы.

Диагностика синдрома слабости синусового уела (СССУ) представляет достаточно сложную и иногда трудно разрешимую клиничео-куо задачу. Это обусловлено несколькими причинами. Прежде всего неоднородностью СССУ, отсутствием единых представлений о критериях нормальной функции и так называемой ваготонической дисфункции синусового узла, отсутствием верифицирующих методов диагностики СССУ.

Одним из перспективных методов диагностики СССУ является, на наш взгляд, математический анализ ритма сердца (МАРС), особенно проводимый в ходе нагрузочных и лекарственных тестов. Именно характер ритма, его частота и вариабшшность, их изменения при различных воздействиях дсшшы отражать функцию синусового угла. Вместе с тем вопросы использования МАРС в диагностике СОСУ недостаточно разработаны.

Улучшение диагностики СССУ, особенно на ранних стадиях его развития, может быть связано с разработкой алгоритмов, использующих весь спектр клинических и электрофизиологических данных. Целесообразность использования результатов МАРС в алгоритмическом распознавании СССУ требует изучения.

Цель исследования.

Разработать методы диагностики синдрома слабости синусового узла о помощью математического анализа ритма сердца, проводимого в ходе чреспищеводнога электрофизиологическсго исследования и фармакологических проб.

Задачи исследования.

1. Научить структуру и характеристики сердечного ритма у больных с СССУ, ВДСУ и у лиц о нормальной функцией синусового узла методом интервалографии и гистографии в ходе чреспищеводно-го алегегрофизиологического исследования и фармакологических проб.

2. Определить характерные особенности вариационных пульсог-рамм н гистограмм у больных с СССУ, пациентов с нормальной функцией синусового узла и у больных о ВДСУ и количественно определить информативность этих показателей при чреспищеводном злект-рофизиологическом исследовании и при проведении фармакологических проб.

3. Разработать алгоритмы распознавания СССУ, основанные на математическом анализе ритма сердца при отрессорных нагрузках и фармакологических пробах, а также определить их чувствительность и специфичность при сравнении с результатами обследования больных с ВДСУ и пациентов с нормальной функцией синусового узла.

4. Сравнить чувствительность и специфичность алгоритмической диагностики СССУ, ВДСУ и нормальной функции СУ при математическом анализе сердечного ритма о результатами клинического и инструментального обследования этих же больных.

5. Определить надежность и устойчивость результатов алгоритмической диагностики больных о СССУ, ВДСУ и пациентов с нормальной функцией синусового у ала при заданном уровне шибок на основании обследования независимых контрольных груш.

Положения, выносимые на защиту.

Разработанная методика математического анализа ритма сердца, проводимого в ходе чреспищеводного электрофизиологического исследования и фармакологических проб, позволяет улучшить оценку функции СУ.

Информативность разработанной методики сопоставима с информативностью общепринятых методов оценки функции СУ - динамической ЭКГ и ЭШ с медикаментозной "денервацией", что делает целесообразным ее использование в комплексной диагностике СССУ.

В алгоритмической оценке функции СУ целесообразно использовать максимально широкий спектр показателей, в том числе нормированных по исходной и текущей средней.

Разработанные алгоритмы, основанные на методе неоднородного последовательного анализа А.Вальда, использующие только данные математического анализа ритма сердца, позволяют правильно распознать СССУ в 63.5% случаев и нормальную функцию СУ - в 86.27. случаев.

Научная новизна.

Впервые показано, что у пациентов с нормальной функцией СУ и у больных ВДСУ и СССУ имеются существенные различия гистограмм и критериев вариационной пульсометрии при стрессорных воздействиях, при атропинизации и медикаментозной денервации, которые обусловлены снижением автоматической активности СУ и нарушением СА проводимости.

С помощью анализа гистограмм и интервалограмм у пациентов с нормальной функцией СУ и больных с СССУ на основании изучения структуры последовательностей ИЯ-интервалов и особенностей гистограмм при стрессорных воздействиях и медикаментозных пробах,

- б -

впервые установлены критерии отличия нормального СР от сердечного ритма у больных СССУ.

Впервые в результате количественной оценки информативности критериев вариационной пульсометрии и характеристики гистограмм, установлены значимые отличия у больных с СССУ и у пациентов, с нормальной функцией водителя ритма.

Получены критерии, позволяющие с достаточной надежностью при заданном уровне вероятности (р < 0.1, 0.05 и 0.02) диагностировать СССУ и его отсутствие на основании математического анализа ритма сердца.

Разработаны алгоритмы диагностики СССУ по эффективности сопоставимые с результатами клинического обследования, позволяющие с достаточной надежностью при заданных уровнях ошибок пропуска и ложной тревоги распознавать нормальную функцию СУ и СССУ.

Впервые разработана и применена на практике новая методика диагностики СССУ на основании математического анализа ритма в условиях стрессорных нагрузок и функциональных проб, влияющих на тонус симпатической и парасимпатической системы, определение эффективности которой установлено на обучающей и проверено на контрольной выборках.

Практическая значимость.

Разработанная методика математического анализа сердечного ритма, проводимого в ходе чреспищеводного эдектрофизиологическо-го исследования и медикаментозных проб с использованием общепринятых и отнесенных показателей является простым, неинвазивным методом получения дополнительной информации для комплексной оценки функции СУ.

Методика математического анализа сердечного ритма проста и

безопасна, требует лишь минимальных дополнительных затрат времени для записи электрокардиосигнала. По информативности предлагаемая методика сопоставима как с верифицирующими методами оценки функции СУ - Э5И с медикаментозной "денервацией" и ДЭКГ, так и с рядом лекарственных тестов.

Сформированные диагностические таблицы для алгоритмической диагностики СССУ и нормальной функции СУ, основанные на данных вариационной пульсометрии, гистографии и неоднородного последовательного анализа А.Вальда в модификации А.А.Генкина и Е.В.Губ-лера, просты и удобны для использования при оценке функции СУ. Собранные в них данные могут быть легко использованы для автоматизированной оценки функции СУ с помощью ЭВМ.

Возможность использования предложенных алгоритмов для простой и надежной диагностики СССУ или его нормальной функции при заданных уровнях вероятности ошибок пропуска и ложной тревоги позволяет применять их при профессиональном отборе, диагностике и диспансерном наблюдении.

Разработаны рекомендации по использованию длительного математического анализа сердечного ритма для ДЭКГ, как дополнительной, безопасной, простой и эффективной методики.

Апробация работы.

Результаты исследования доложены на II Международном славянском Конгрессе по электростимуляции и клинической электрофизиологии сердца, 1У Всероссийской Конференции по электростимуляции и клинической электрофизиологии сердца. (Санкт-Петербург, 1995) и научной конференции по проблемам внезапной смерти (С-Пе-тербург, 1996).

Пути реализации.

Результаты исследования внедрены в практику в НИИ кардиологии, ДКЦ N1(Санкт-Петербург) и в Ленинградском областном кардиологическом диспансере.

Публикации.

По теме диссертации опубликована 1 статья и 2 тезисов.

Структура и объем диссертации.

Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста и состоит из введения, семи глав одна из которых является обсуждением полученных результатов, выводов, практических рекомендаций, указателя литературы, который включает 180 источника, и приложения. Работа содержит два рисунка и 21 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материал и методы исследования. Для изучения возможности использования МАРС для оценки функции СУ обследовано 106 больных обоего пола в возрасте от 50 до 72 лет с подозрением на СССУ. В результате общеклинического обследования, включавшего динамическую ЭКГ, чреспищеводное злектрофизюлогическое исследование с медикаментозной "денервацией", проводимое по стандартной методике, острые лекарственные тесты, у 44 больных был диагностирован СССУ, у 33 так называемая ваготоническая дисфункция СУ и у 29 пациентов - нормальная функция СУ.

С целью разработки алгоритмов распознавания СССУ и проверки эффективности их работы больные были разделены на обучающую группу (56 человек), послужившую основой для определения информативности признаков и формирования диагностической таблицы, и контрольную (50 человек).

Для оценки функции СУ МАРС использовался по разработанной нами методике. В ЭВМ типа IBM/PC-AT в реальном масштабе времени записывались фрагменты ЭКГ. Регистрация производилась в ходе чреспищеводного электрофизиологического исследования и острых лекарственных тестов. Фрагменты ЭКГ фиксировались перед началом исследования, после введения зонда-электрода в пищевод, после окончания электростимуляции, проводимой на фоне исходного ритма, после атропинизации и медикаментозной "денервации". Во время электрокардиостимуляции МАРС не проводился.

Для анализа использовались последовательности из 150 интервалов RR, определяемых с помощью специально разработанной программы. Рассчитывались математическое ожидание, вариационный размах, среднее квадратичное отклонение, мода, амплитуда моды, коэффициент асимметрии. Строились гистограммы распределения интервалов RR, производилась оценка их формы, ее результаты кодировались.

Производилось нормирование интервалов RR по исходной и текущей средней, последняя определялась при сдвиге на один интервал RR. Указанные выше показатели вариабильности сердечного ритма рассчитывались как для отнесенных значений RR, так и для последовательностей из 150 чисел, характеризующих динамику собственно текущей средней. Полученные в результате нормирования и определения текущей средней последовательности также подвергались гистографическому анализу.

Полученные результаты обрабатывались методами вариационной статистики с определением информативности признаков по Кульбаку и с использованием неоднородного последовательного анализа А.Вальда в модификации Б.В.Гублера и А.А.Генкина.

Результаты собственных исследований и их обсуждение. Пока-

затели МАРС можно условно разделить на две категории, одни из них характеризуют средний уровень функционирования системы рит-мовождения, другие отражают колебания ритма. К первым относится математическое ожидание и мода, ко вторым - вариационный размах, среднее квадратичное отклонение и амплитуда моды. Коэффициент асимметрии демонстрирует изменение среднего уровня функционирования системы за время наблюдения, позволяя рассматривать процесс как стационарный или переходный.

Изменения уровня пейсмекерной активности под действием стрессорных и медикаментозных влияний у больных с СССУ, ВДСУ и пациентов с нормальной функцией СУ можно проследить на примере математического ожидания (рис. 1). Исходно, у больных с СССУ и ВДСУ отмечается брадикардия, у пациентов с нормальной функцией СУ средняя ЧСС близка к нижней границе нормы. В дальнейшем наблюдается закономерный рост ЧСС при введении зонда-электрода, после электрокардиостимуляции и атропинизации. После медикаментозной денервации ЧСС несколько ниже, чем после введения атропина.

Одинаковая направленность изменений средней ЧСС в трех группах пациентов, сочетается с разной степенью выраженности. Минимальный прирост ЧСС у больных с СССУ, несколько больший у больных с ВДСУ и минимальный у пациентов с нормальной функцией СУ.

При оценке разброса интервалов К? также отмечалась одинаковая направленность изменений в трех группах пациентов. Вариа-бильность ритма снижалась после введения эонда-электрода, проведения электрокардиостимуляции и атропинизации, но максимально -после медикаментозной денервации. Выраженность этих изменений была различна в группах обследуемых.

ДИНАМИКА СРЕДНИХ ЗНАЧЕНИЙ ИНТЕРВАЛА Ш1

где I - исходно, е - после введения электрода в пищевод, б - после проведения ЭКС, а - после атропинизации, <1 - после медикаментозной "денервации".

Анализ коэффициента асимметрии не позволил выявить существенных закономерностей, вместе с тем, значения данного признака позволяют говорить, что зарегистрированные фрагменты ритма можно рассматривать как стационарные, а не переходные.

При гиотографическом анализе выделялись нормо-, симпатико и ваготонические типы гистограмм., асимметричные ггатограмыы, характерные для переходных процессов. В ряде случаев, гистограммы было невозможно отнести ни к одному из перечисленных типов. Продемонстрировано преобладание нормо- и симпатотонических гистограмм в период ожидания исследования у пациентов о нормальной функцией СУ по сравнению с больными двух других групп. Эта закономерность сохранялась и на других этапах исследования, но количественное соотношение нормо-, симпатико и ваготоничеоких гистограмм в трех группах пациентов существенно менялось.

Прогностическое значение данных вариационной пульсметрии и гистографического анализа для оценки функции СУ определялось с помощью рассчета информативности признаков по стандартной методике А.Кульбак. Десять наиболее информативных признаков представлены в табл. 1. Ими оказались значения моды после медикаментозной денервации, элекгрокардиостимуляции, ее исходное значение и величина после введения электрода в пищевод. Математическое ожидание исходное и после медикаментозной "денервации", а также форма гистограммы исходного ритма, амплитуда моды последовательности И? интервалов, зарегистрированных после медикаментозной денервации при их нормировании по исходной средней и после атро-пиниэации при их нормировании по текущей средней.

Возможность использования данных МАРС для распознавания СССУ проверялась с помощью неоднородной последовательной проце-

Таблица 1

Информативность признаков для распознавания СССу и нормальной функции СУ

Признак I I (%)

1. Мос1аШ*_ау_с1 1.89 3.856

2. МойаЯВ_ау_з1 1.85 3.776

3. ЯПауег_ау_И 1.81 3.699

4. ЯЯауег_ау_с4 1.76 3.602

5. Мо<1аЯЯ_ау_И 1.48 3.018

6. Сд_п_П 1.43 2.930

7. АМ_пгГ_с1 1.37 2.807

8. Мос1аЯН_ау_е1 1.35 2.748

9. АзЯ^пга 1.23 2.506

10.АМ_пг_а 1.14 2.319

дуры А.Вальда. Первоначально на материале обучающей группы (56 человек) определялись диагностические коэффициенты и формировалась диагностическая таблица. Эффективность работы алгоритмов оценивалась как на обучающей, так и на конторольной группах, то есть выборке в целом. Полученные результаты представлены в табл. 2,

Использование только данных математического анализа сердечного ритма, проводимого в ходе ЭФИ и лекарственных проб позволяет диагностировать синдром слабости синусового узла в 64Х случаев при Р < 0.1. При повышении диагностического порога несколько снижается доля как правильных ответов, так и ошибки пропуска, что сопровождается ростом числа случаев, когда имеющихся данных недостаточно для ответа на поставленный вопрос.

Нормальная функция СУ правильно распознается в 86.22 случаев, при ошибке ложной тревоги равной 13.8% (Р < 0.1). Такой результат, на наш взгляд, можно рассматривать как вполне удовлетворительный.

Интересно, что большинство больных с ВДСУ при алгоритмическом распознавании были расценены как пациенты о нормальной функцией синусового узла, а 27Х как больные с синдромом его слабости. Это отражает представление последователей о неоднородности данной группы.

Представленные результаты алгоритмической диагностики по чувствительности и специфичности сопоставимы с данными ЭКГ, ДЭКГ и даже ЭФИ. Нами не ставилась задача определять функцию СУ исключительно на основании данных МАРС. Полученные результаты, на наш взгляд, демонстрируют тот вклад, который может внести разработанный метод в комплексную диагностику СОСУ.

Таблица 2

Результаты алгоритмической оценки функции СУ у пациентов обучающей и контрольной групп (п=106) в %.

Клиническое заключение Алгоритмическая оценка функции СУ

СССУ зн Нормальная функция СУ

Р<0.1

СССУ (п=44) 63.6 9.1 27.3

вдсу (п=зз) 27.2 6.1 66.7

Нормальная функция СУ (п=29) 13.8 0 86.2

Р<0.05

СССУ (п=44) 59.5 15.9 25.5

ВДСУ (п=33) 24.2 12.1 61.6

Нормальная функция СУ (п=29) 10.3 3.6 86.2

Р<0.02

СССУ (п=44) 56.8 20.5 22.7

ВДСУ (п=33) 24.3 21.2 54.5

Нормальная функция СУ (п=29) 10.2 10.3 77.5

выводы

1. Разработанная методика проведения математического анализа ритма сердца, проводимого в ходе ЧП ЗШ и медикаментозных проб, проста и удобна для оценки функции синусового узла.

2. Характеристики сердечного ритма у больных о СССУ, ВДСУ и у лиц о нормальной функцией синусового узла, изученные методом интерввлографии и гистографии в ходе чреспищеводкого электрофизиологического исследования и фармакологических проб, достоверно различаются.

3. Количественное определение информативности данных математического анализа ритма сердца, полученных при чреспищэводном электрофизиологическом исследовании и фармакологических пробах, продемонстрировало высокую значимость показателей вариабильности для диагностики СССУ.

4. Разработанные алгоритмы распознавания СССУ, основанные только на математическом анализе ритма сердца при стрессорньк нагрузках и фармакологических пробах, позволяют в 86Х случаев правильно распознать нормальную функцию СУ и в 632 - СССУ.

5. Алгоритмы оценки функции СУ, основанные на данных математического анализа ритма сердца, целесообразно использовать в комплексной диагностике СССУ с привлечением всего спектра клинических и электрофизиологических данных.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Для оценки функции синусового узла целесообразно использовать методику математического анализа ритма сердца, проводимого в ходе ЧП ЭФИ и медикаментозных проб. Для анализа достаточно регистрировать по 150 интервалов И? перед началом исследования, после введения зонда, после проведения ЧП ЭКС, атропинизации и медикаментозной "денервации".

При математической обработке ряда интервалов RR наряду с общепринятыми показателями - математическим ожиданием, вариационным размахом, дисперсией, модой, амплитудой моды, коэффициентом асимметрии желательно оценивать форму гистограммы и использовать отнесенные показатели, полученные при нормировании по исходной и текущей средней.

При интерпретации результатов необходимо ориентироваться на информативность полученных данных, ранжируя признаки в порядке убывания их диагностической значимости.

Алгоритмическая диагностика основанная на неоднородной последовательной процедуре А.Вальда позволяет произвести оценку функции СУ о заданной достоверностью ошибок первого и второго рода, при этом лучше использовать все, даже низкоинформативные признаки, что улучшает уровень диагностики.

Результаты алгоритмической диагностики, основанной на данных математического анализа ритма сердца, лучше использовать в комплексной оценке функции СУ с привлечением клинических данных, динамической электрокардиографии, ЧП ЭФИ с медикаментозной "де-нервацией" и лекарственных проб.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ГО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Влияние быстрого введения аденозинтрифосфата на автоматизм синусового узла и состояние синоаурикулярного проведения.// Вестник аритмологии. АЬзгас^ II Международный славянский Конгресс по электростимуляции и клинической электрофизиологии сердца. IV Всероссийская Конференция по электростимуляции и клинической электрофизиологии сердца. Санкт-Петербург, 1995, N4, с. 57. (совместно с Л.В. Чирейкиным, М.М.Медведевым и А.Б.Парижским) .

2. О роли математического анализа ритма сердца в диагностике синдрома слабости синусового узла. // Вестник аритмологии. Санкт-Петербург, 1995, N5, с.15-20. (совместно с Л.В. Чирейкиным, М.М.Медведевым и А.Б.Парижским).

3. Синдром слабости синусового узла как фактор риска внезапной смерти.// Сборник трудов. 1-ая Северо-Западная научно-практическая конференция по проблемам внезапной смерти. Санкт-Петербург, 1996, с.131-132. (совместно с Л.В. Чирейкиным, М.М.Медведевым и А.Б.Парижским).