Введение

Сердечно-сосудистая система – одна из наиболее важных физиологических систем организма человека, в биологических сигналах которой выявляются различные колебательные процессы, отражающие активность подсистем ее регуляции (в частности, вегетативной), активно взаимодействующих друг с другом [1-5]. Изучение взаимодействий между данными колебательными процессами привлекает к себе внимание исследователей в последнее время, поскольку нарушения вегетативной регуляции кровообращения позиционируются как фактор в патогенезе сердечно-сосудистых заболеваний и их осложнений [6-10], а также применимы и в других областях медицины [11]. Методология изучения колебательных процессов в вегетативной регуляции кровообращения активно развивается [12-14].

Имеются данные, что низкочастотные (около 0,1 Гц) колебания в сердечно-сосудистой системе, выявляемые, в частности, на уровне вариабельности сердечного ритма (ВСР), вариабельности артериального давления (АД) и вариабельности кровенаполнения дистального сосудистого русла (ДСР), имеют важное значение для клинической кардиологии [7, 15-18]. Природа данных колебаний сложна и определяется в той или иной мере как центральными, так и барорефлекторными механизмами регуляции кровообращения [19-22]; отметим, что роль барорефлекторной составляющей в генерации 0,1 Гц-колебаний представляется более очевидной [23-26]. В наших ранее проведенных исследованиях было показано, что в норме 0,1 Гц-колебания, выявляемые в ВСР и ДСР, могут длительное время находиться в состоянии синхронизации [27], тогда как при развитии патологий системы кровообращения качество синхронизации данных колебаний снижается, что имеет диагностическое и прогностическое значение у больных ишемической болезнью сердца (ИБС), в том числе перенесших инфаркт миокарда [28, 29].

Таким образом, исследование взаимодействия низкочастотных колебательных процессов с частотой около 0,1 Гц, выявляемых в различных отделах сердечно-сосудистой системы, в частности, ВСР и кровотоке ДСР, представляет значительный фундаментальный и клинический интерес. При этом особенности синхронизованности 0,1 Гц-колебаний в вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы у пациентов кардиохирургического профиля до сих пор не изучались.

Поэтому нашим авторским коллективом был разработан проект исследования по изучению динамики синхронизации 0,1 Гц-колебаний в сердечно-сосудистой системе у больных, перенесших операцию аорто-коронарного шунтирования (АКШ) в течение 12 месяцев после операции, который был поддержан грантом Президента РФ для молодых кандидатов наук на 2014-2015 гг. (№МК-6306.2014.7) и реализуется в настоящее время на базе отделениz хирургического лечения интерактивной патологии (ОХЛИП) ФГБНУ «Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева». Ожидаемый срок получения результатов: вторая половина 2015 года. В представленной статье описаны основные положения дизайна данного исследования.

Задачи исследования:

• изучить особенности нелинейных свойств 0,1 Гц-регуляции кровообращения у больных ИБС в зависимости от выраженности поражения коронарного русла;
• изучить особенности нелинейных свойств 0,1 Гц-регуляции кровообращения у больных до и после операции АКШ;
• изучить динамику синхронизованности 0,1 Гц-колебаний в сердечно-сосудистой системе у больных, перенесших операцию АКШ через 6 месяцев;
• изучить динамику синхронизованности 0,1 Гц-колебаний в сердечно-сосудистой системе у больных, перенесших операцию АКШ через 12 месяцев;
• изучить возможности применения показателей 0,1 Гц-регуляции кровообращения для повышения эффективности и безопасности лечебно-реабилитационных мероприятий у больных, перенесших операцию АКШ.

Критерии включения в исследование:

• показания для хирургического лечения ИБС (выполнения АКШ);
• возможность наблюдения пациента в дальнейшем, минимум 12 месяцев;
• согласие пациента на участие в исследовании.

Критерии исключения:

• нарушения ритма, препятствующие регистрации и анализу изучаемых параметров;
• тяжелая сердечная недостаточность;
• кардиомиопатия;
• гипер- или гипофункция щитовидной железы;
• злокачественные новообразования;
• органические поражения центральной нервной системы;
• поражения периферической нервной системы, препятствующие регистрации изучаемых параметров (например, полинейропатия или схожие состояния);
• любые психические заболевания;
• любые гормональные заболевания;
• прием лекарственных препаратов, не связанных с ИБС, потенциально влияющих на вегетативную регуляцию.

Отбор пациентов

В проспективное исследование планируется включить не менее 100 пациентов с изолированным АКШ. Отбор происходит среди всех пациентов, запланированных на данное оперативное вмешательство в отделении хирургического лечения интерактивной патологии (ОХЛИП) ФГБНУ «Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева». Ограничениями в отборе является обширная географическая распространённость проживания пациентов, поступающих в ОХЛИП. Это затруднит дальнейшее наблюдение за их динамикой состояния и повторные визиты на контрольных точках исследования.

Дизайн исследования представлен на рисунке 1. 

Рис. 1. Дизайн исследования

Оценка показателей вегетативной регуляции кровообращения до операции АКШ

Для регистрации изучаемых явлений используется портативный переносной датчик (опытный образец) для синхронной записи электрокардиограммы (ЭКГ) и фотоплетизмограммы (ФПГ) с дистальной фаланги любого пальца руки.  Длина записи необходимая для ее анализа выбрана на основе предыдущего опыта, и составляет не менее 15 минут. При этом планируются записи и большей продолжительности (выбраны эмпирически) – 30, 40, 60 минут. Это позволит продолжить дальнейшую поисковую работу в этом направлении для изучения оптимального времени и режима регистрации параметров при изучении вегетативной регуляции. Записи проводятся за сутки до вмешательства или в день вмешательства, если операция запланирована во 2-ю/3-ю очередь.

Условия регистрации биологических сигналов

Пациентам в дневное время вешается датчик на различные временные промежутки. Минимум за час до этого пациент не должен принимать пищу, выходить на улицу, выполнять какие либо физические нагрузки. Регистрация биосигналов происходит в положении лежа. Исключаются посторонние отвлекающие звуки, шумы и т.п.

Оценка вегетативной регуляции после операции происходит сроки на 5-7 сутки в зависимости от благоприятности течения послеоперационного периода. Последующие регистрации происходят через 6 месяцев и через 1 год. Условия регистрации те же, что и до операции.

Анализ записей (рисунки 2 и 3)

Происходит выделение 0,1 Гц-колебаний из сигналов ЭКГ и ФПГ методом полосовой фильтрации. Вычисляются фазы выделенных 0,1 Гц-колебаний; вычисляются разности фаз 0,1 Гц-колебаний в ВСР и ДСР; вычисляется индекс фазово-частотной синхронизации 0,1 Гц-колебаний в ВСР и ДСР; оценивается функция когерентности сигналов ЭКГ и ФПГ.

Рис. 2. Иллюстрация методики выделения сигнала КИГ из ФПГ. (а) одновременные записи ФПГ (пунктирная линия), ЭКГ (тонкая сплошная линия), фильтрованный ФПГ (толстая сплошная линия), вертикальные пунктирные линии – моменты сердечных сокращений, детектированные по сигналу ЭКГ. (б) – неэквидистантные КИГ, полученные по сигналу ФПГ (тонкая линия) и ЭКГ (толстая линия). (в) – разность неэквидистантых реализаций КИГ, полученных предложенным и стандартным методами выделения R-пиков. (в)- спектры сигналов КИГ, полученные по сигналу ФПГ (тонкая линия) и ЭКГ (толстая линия). (г) – разность мгновенных фаз КИГ, полученных из ФПГ (тонкая линия) и ЭКГ (толстая линия).

Рис. 3.(а) – разности фаз, полученные с помощью МФС по ФПГ и ЭКГ (тонкая линия) и адаптированного для работы в реальном времени метода (толстая линия) для добровольца B. Штриховкой слева-снизу направо-наверх отмечены участки фазовой синхронизации, детектированные по разности фаз, полученной в реальном времени. Штриховка слева-сверху направо-вниз – участки фазовой синхронизации, детектированные МФС. Интервалы времени, в которых пересекаются области фазовой синхронизованности, детектированные обоими методами, заштрихованы наклонными клетками. (в) – разность сигналов мгновенных разностей фаз, полученная МФС и разработанным методом.

Клиническо-лабораторно-инструментальное описание группы

Структура учитываемых показателей при сборе клинической информации о включаемых в исследование пациентах представлена в таблице 1.

Использование шкал EuroScore2 и SYNTAX Score в исследовании применяется для лучшей объективности определения тяжести состояния пациентов перед операцией и степени поражения коронарного русла.

Определения и понятия, используемые в дизайне исследования

Изолированное АКШ – вмешательство, при котором выполняется только аорто-коронарное шунтирование, и не сочетается одновременно с другими хирургическими процедурами на сердце, сосудах. Например, с одномоментной коррекцией клапанов сердца, или одномоментной эндартерэктомией в сонной артерии и т.п.

ФПГ – регистрация колебаний давления кровенаполнения в сосудах дистального русла датчиком ближнего инфракрасного диапазона, работающего в отраженном свете.

Показатель  S_сум  - суммарный процент синхронизации - время, на протяжении которого 0,1 Гц-ритмы были синхронизованы во время записи ЭКГ и ФПГ, к общему времени записи.

SYNTAX Score – шкала оценки тяжести поражения коронарного русла при использовании различных тактик реваскуляризации миокарда у пациентов с многососудистым поражением коронарных артерий (http://www.syntaxscore.com).

EuroScore2 – шкала оценки риска при кардиохирургических вмешательствах (http://www.euroscore.org/calc).

Предшествующие кардиохирургические вмешательства – учитывались любые вмешательства на коронарных артериях, а также вмешательства связанные со вскрытием перикарда.

Поражение экстракардиальных артерий – как минимум одно из перечисленных явлений:

• клиническая «перемежающаяся» хромота;
• окклюзия или стеноз >50% сонной артерии;
• имеющиеся или запланированные вмешательства на брюшной аорте, артериях конечностей или сонных артериях.

ХОБЛ – заболевания легких, сопровождающиеся длительным приемом бронходилаторов и/или стероидов.

ФК ХСН – функциональный класс по Нью-Йоркской классификации, на основании теста 6-ти минутной ходьбы.

Класс стенокардии – класс нагрузки (клинически), при которой возникает типичный ангинозный приступ согласно классификации, предложенной Канадской ассоциацией кардиологов (CCS). 

Определения для расчета EuroScore2

ХПН – 3 категории тяжести почечной недостаточности, основанные на расчёте клиренса креатинина по формуле Cockcroft-Gault. В предыдущей модели EuroScore учитывался непосредственно уровень креатинина в сыворотке крови.

Активный эндокардит – прием антибиотиков по поводу эндокардита в период вмешательства.

Критическое состояние перед операцией – желудочковая тахикардия или фибрилляция желудочков, эпизод/эпизоды внезапной сердечной смерти, предоперационный массаж сердца, предоперационная вентиляции легких, предоперационная инотропная поддержка или внутриаортальная балонная контрпульсация, предоперационная острая почечная недостаточность (анурия или олигурия <10 мл/ч).

Легочная гипертензия – систолическое давление в легочной артерии. 2 категории тяжести:

• средняя: систолическое давление 31-55 мм рт. ст.,
• тяжелая: систолическое давление >55 мм рт. ст.;

Срочность операции  - 4 категории срочности:

• плановая – запланированное вмешательство в установленный день;
• срочная –  выполнение необходимо выполнить в ближайшее время, но такие пациенты могут быть отпущены домой;
• экстренная – вмешательство необходимо выполнить до начала следующего рабочего дня с момента принятия решения о необходимости ее проведения;
• по жизненным показаниям - вмешательство, требующее сердечно-легочной реанимации (наружного массажа сердца) по пути в операционную;

Ограничение подвижности пациента - тяжелое нарушение подвижности по причине неврологических расстройств или патологии костно-мышечного аппарата.

Тяжесть вмешательства – сочетание нескольких вмешательств на сердце, таких как:

• АКШ
• Пластика и/или протезирование клапанов сердца
• Протезирование аорты
• Реконструкция любых дефектов
• «лабиринт»
• резекция опухоли сердца

Ожидаемые результаты исследования

Предполагается установить связь между выраженностью заболевания, то есть поражением коронарного русла (шкала  SYNTAX Score) и степенью дисфункции вегетативной регуляции в системе кровообращения (показатель S_сум). Вероятно чем сильнее поражение коронарных артерий, тем выраженее степень вегетативной дисфункции. Ранее нами были получены результаты, в которых значение показателя S_сум<20% при остром ИМ (острой выраженной ишемии) – являлось чувствительным индикатором повышенного риска смерти в течение пяти лет, характеризующийся лучшей прогностической значимостью относительно таких общепринятых клинических показателей, как возраст, наличие в анамнезе ишемической болезни сердца в виде стенокардии напряжения и перенесенного ранее инфаркта миокарда, артериальной гипертонии, инсульта и др.

После хирургической реваскуляризации миокарда практически полностью восстанавливается коронарный кровоток, соответственно восстанавливается перфузия миокарда и уменьшается степень выраженности хронической ишемии. В настоящее время непонятно, связана ли дисфункция вегетативной регуляции со сниженной перфузией, то есть хронической ишемией миокарда или непосредственно с поражением коронарных артерий – как одного из звеньев регуляции сосудистого тонуса. Интерес представляет и динамика показателя синхронизации в течение периода наблюдения: как изменится состояние вегетативной регуляции сосудистого тонуса через 6 месяцев, и через 12 месяцев.

Конфликт интересов

Авторы заинтересованы в комментариях и отзывах по дизайну исследования всех коллег, занимающихся работой в данной области. Статья написана в рамках Гранта Президента РФ для молодых кандидатов наук на 2014-2015 гг. №МК-6306.2014.7. Просьба направлять отзывы на E-mail: shvartz.va@ya.ru