Тахикардическая реакция при глотании: динамика, эфферентное звено и влияние на спектральную оценку вариабельности ритма сердца тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.13, кандидат биологических наук Шерозия, Ольга Петровна

• Шерозия, Ольга Петровна
• кандидат биологических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Шерозия, Ольга Петровна

Список используемых сокращений;.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 11 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

АНАЛИЗ КОЛЕБАНИЙ РИТМА СЕРДЦА ЧЕЛОВЕКА: ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ.

1.1. Два способа количественного представления изменчивости PGC.

1.2. Тахикардия при глотании.

112ЛI Открытие реакции.13;

1.2.2. Предполагаемый механизм реакции:.

1.3. Дыхательная аритмия:.

1.3.1. Основополагающие исследования Анрепа и соавторов.

113 21 Продвижение за следующие 50 лет.

1.3.3. Основной механизм дыхательной аритмии и влияния на него.

1.3.4. Участвует ли симпатическая нервная система; в дыхательной аритмии?.

1.4. Вагусный тонус.

1.5. Медленные, или 10-секундные, колебания ритма сокращений сердца.

1.6. Заключительные замечания.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Общая характеристика испытуемых.

2.2. Регистрация сигналов.

2.2.1. Регистрация электрокардиограммы:.

2.212. Регистрация глотательных движений:.

212.31 Регистрация дыхательных движений.

2.3. Стандартные пробы и тесты.

213.11 Серия глотаний.

2.3.21 Ритмизированное дыхание:.

2.3:31 Дыхание под "естественный паттерн".

2.3.4. Дыхание с частотой 6 раз в минуту.

2.3;51 Одиночный глоток в середине 6-минутной записи.

2.4. Протоколы исследований.

2.5. Обработка данных.

2.5.1: Предварительная обработка данных.

215.2. Редактирование кардиоинтервалограммы:.

2.5:31 Расчет спектра мощности колебаний РСС.

215.41 Оценка вклада ГТ спектральную мощность колебаний РСС.

215.5. Измерение параметров FT и ДА.

2.5.5.1 Оценка ГТ.

2.5:5.2. Оценка ДА.

2.6. Статистический анализ результатов.

ГЛАВА 3. ХРОНОТРОПНАЯ РЕАКЦИЯ СЕРДЦА ПРИ ГЛОТАНИИ.

3.1. Общая характеристика глотательно-сердечлой реакции:.

3.1.1. Разнообразие форм волны глотательной тахикардии и факторы, влияющие на нее.

3.1.1.1. Вторичная волна тахикардии.

3.1.1.2; Глотание в различные фазы дыхания

3.1.1.3. Изменения параметров дыхания после глотания.

3.1.1.4. Нарушение механики глотательных движений.

3.1.1.5. Зависимость ГТ от длительности пауз между глотками

3.1.1.6. Реакции при множественном глотании.

3.1.2. Воспроизводимость волны глотательной тахикардии.

311.3: Общее описан ие динамики глотательной тахикардии. и измеряемые параметры.

3.1.4. Два подхода к измерению быстрых изменений ритма сердца при глотании.

3:2. Особенности глотательно-сердечной реакции в положении лежа.

3.3: Особенности глотателъно-сердечпой реакции в положении стоя.

3.4: Общие черты глотательной тахикардии и других вагуспых реакций.

3.5. Обсуждение:.

ГЛАВА 4. ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕРЕНТНОГО ЗВЕНА

ТАХИКАРДИИ ПРИ ГЛОТАНИИ.

4.1. Эффективность фармакологической блокады при исследовании ГТ.

4.21 Действие М-холино- и fi-адреноблокаторов на тахикардию при глотании с учетом исходного состояния хронотропной регуляции сердца.

4.2.1. Изменение ГТ при блокаде парасимпатических хронотропных влияний на сердце.

412:111; Изменение ГТ в положении лежа.984:2:1.2: Изменение ГТ в положении стоя-.

4.2.1.3. Изменение ГТ при увеличении дозы антагониста М-холинорецепторов^.

4.2.2: Изменение ГТ при блокаде симпатических хронотропных влияний.

4.2:2.1. Изменение ГТ в положении лежа.

4.2.2.2. Изменение ГТ в положении стоя

4.3: Обсуждение.

ГЛАВА 5. ТАХИКАРДИЯ ПРИ ГЛОТАНИИ - СПОСОБ НЕИНВАЗИВ

НОЙ ОЦЕНКИ ПАРАСИМПАТИЧЕСКОЙ ХРОНОТРОПНОЙ РЕГУЛЯЦИИ СЕРДЦА.

5.1. Изменение глотательной тахикардии при ослаблении парасимпатических влияний в положении стоя.

5.2. Изменение глотательной тахикардии и дыхательной аритмии при усилении тонических парасимпатических влияний.

5.2.1. Ваготонический эффект антагонистов

М-холинорецепторов в малых дозах.

5.2.2. Изменение динамических показателей ГТ], ДАр. и ДАе и тонического показателя RRq, при усилении парасимпатических влияний.

5.2.3. Взаимосвязь между абсолютными величинами динамических вагусных реакций ГТ] и ДА и тоническим показателем RR^, до и после приема бекарбона: межиндивидуальное сравнение. 121 5.2.4. Взаимосвязь между увеличением динамических (ГТ и ДА) и тонических (RRq)) показателей при усилении парасимпатических хронотропных влияний.

5.2.5. Структура дыхательной аритмии при замедленном дыхании 6/мин и ее изменение при усилении парасимпатических влияний.

5.3. Связь между /7/ и парасимпатическим тонусом.

5.3.1. Величина ГТ] лежа и оценка парасимпатического тонуса с использованием пропранолола.

5.3.2. Величина ГТ] лежа и оценка парасимпатического тонуса с использованием атропина.

5.4. Характеристика величины ITj в зависимости от исходного состояния парасимпатической регуляции в широком диапазоне ее изменений: сопоставление со спектральной оценкой мощности ВЧ-колебаний.

5.4.1. Соотношение между величиной ГТ] и оценкой парасимпатического тонуса» («ПТатро»).

5.4.2. Сравнение ГТ] и RRq, до и после блокады симпатических хронотропных влияний в положении стоя.

5.4.3. Сопоставление величины ГТ] и мощности дыхательных колебаний RR-интервалов при изменении парасимпатического тонуса».

5.5. Обсуждение.

ГЛАВА 6. ОЦЕНКА И КОРРЕКЦИЯ ВЛИЯНИЯ ВОЛН

ГЛОТАТЕЛЬНОЙ ТАХИКАРДИИ НА СПЕКТР КОЛЕБАНИЙ РИТМА СОКРАЩЕНИЙ СЕРДЦА.

6.1. Спектр изменений ритма сокращений сердца при одиночном глотке.

6.1.1. Методика получения частотного спектра одиночной волны ГТ.

6.1.2. Общая характеристика частотного спектра волнььГТ.

6.2. Способы устранения волны ГТ из кардиоритмогралшы.

6.3. Излгенение спектра колебаний РСС при одиночном глотке и в результате редактирования ритмограммы.

6.3:li Статистический анализ изменений спектра колебаний РСС в результате редактирования ритмограммы.

6.3:2. Определение абсолютного и относительного вклада/ одиночной волны ГТ в спектр колебаний РСС.

6.3.3. Зависимость вклада волны ГТ в спектр колебаний РСС от длины анализируемого отрезка ритмограммы и разбиения его на сегменты.

6.4. Относительный вклад волны ГТ в спектр колебаний РСС при различных состояниях нервной регуляции сердца - оценка методом редактирования ритмограмм.

6.4.1. Вклад FT в полную мощность колебаний РСС.

6.4.2. Вклад волны ГТ в оценку мощности колебаний РСС в НЧ диапазоне.

6.4.3. Вклад ГТ в оценки мощности дыхательных колебаний РСС и мощности колебаний во всем ВЧ диапазоне.

6.5. Новый метод оценки вероятного вклада одиночной волны ГТ в спектр колебаний РСС - использование спектра волны ГТ.

6.5.1. Описание и обоснование метода*.

6.5.2: Использование спектра усредненной волны ГТ для оценки ее вероятного относительного вклада в спектр низкочастотных колебаний РСС.

6.6. Обсуждение:.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Тахикардическая реакция при глотании: динамика, эфферентное звено и влияние на спектральную оценку вариабельности ритма сердца»

Актуальность исследования. Влияние вегетативной нервной системы на сердце находится в поле пристального внимания физиологов и кардиологов. Мозг непрерывно корректирует работу сердца, посылая- после каждого его сокращения пачки импульсов по симпатическим и парасимпатическим нервам. В результате этого длительность кардиоциклов постоянно варьирует. Отсутствие колебаний ритма сердца или значительное снижение их амплитуды может свидетельствовать о нарушении вегетативной регуляции [1] или даже служить предиктором внезапной смерти кардиологических больных [2-4]. Изучение вариабельности ритма сокращений сердца (РСС) — одно из актуальных направлений современной кардиологии. Ее анализ служит незаменимым методом изучения хронотропной нервной регуляции у человека, так как регистрация разрядов) в нервах, иннервирующих сердце, невозможна. Между тем опыты на животных, свидетельствуют о жесткой связи между длительностью последовательных /^-интервалов и частотой разрядов в симпатических и блуждающих нервах [5-8]. Кроме того, известно, что у людей с пересаженным и денервированным сердцем вариабельность РСС крайне мала

9].

Существует два подхода к изучению ритма сердца - временной и частотный. Первый сводится к определению статистических параметров, характеризующих вариации /?/?-интервалов (или ЧСС). Однако этот подход не позволяет различать симпатические или парасимпатические влияния на сердце. При помощи спектрального (частотного) удалось выделить три типа колебаний ритма сокращений сердца — высокочастотные (дыхательная аритмия), низкочастотные (10-секундные) и колебания сверхнизкой частоты. Дыхательные колебания определяются почти исключительно парасимпатическими, а низкочастотные — совместно симпатическими и парасимпатическими влияниями. Таким образом, спектральный подход позволяет, в определенной мере,- дифференцировать вклад каждой из этих систем в регуляцию сердечного ритма и давать их количественную оценку [1014]. Для более полной оценки хронотропной регуляции сердца важно независимо определять ее фазические (динамические) и тонические показатели (подобно тому, как выделяют постоянную и переменную составляющую при измерении: электрического тока). Однако спектральный анализ такой возможности не предоставляет.

Оценка спектральных показателей нередко осложняется появлением на кардиоритмограмме резких скачкообразных изменений, обусловленных физиологическими явлениями нерегулярного характера. Такие "спонтанные" изменения- ритма являются источником артефактов при оценке спектральным методом процессов, близких к периодическим. В частности, при анализе 5минутных ритмограмм в нашей лаборатории обратили внимание на волны тахикардии сравнительно высокой амплитуды (до 20 уд/мин) и установили, что они связаны со спонтанными глотательными движениями. Появление такой волны во время регистрации ЭКГ приводит к значительному (в среднем на 42%) завышению мощности низкочастотных колебаний 4GC, оцениваемой спектральным методом [15].

Резкое ускорение сокращений сердца в момент глотания< обнаружил С. Мельтцер в 1883 г. [16]. Затем Г. Я; Прийма (1959), анализируя записи ЭКГ у 70 здоровых лиц различного возраста, включая детей, пришел к выводу, что тахикардия- при глотании; - это нормальная физиологическая реакция [17]. Обычно ее связывают с торможением импульсации в блуждающих нервах в ответ на глотание. Однако мы не обнаружили в литературе данных, впрямую подтверждающих это предположение. Лишь при изучении похожей,. но более сложной хронотропной реакции; возникающей у собак во время приема пищи [18], была применена блокада парасимпатических влияний атропином.

При клинических пробах [19], применяемых для оценки состояния парасимпатической хронотропной регуляции (массаж: каротидного синуса, холодовая проба, рефлекс Ашнера, проба Вальсальвы), используют однократные сильные воздействия. Их трудно дозировать, и они часто сопряжены с неприятными, нередко болевыми, ощущениями. Кроме того, результат этих проб скорее качественный, чем количественный; В1 этом они уступают спектральному анализу ритма сердца, и их все, реже используют в клинике [20]. Напротив, измерение глотательной тахикардии не предполагает сильных воздействий и его можно осуществлять многократно.

Глотательная тахикардия, как и дыхательная; аритмия; является показателем динамическим, характеризующим отклонение хронотропной регуляции от ее базового, равновесного уровня. В опытах на животных установлено, что между амплитудой дыхательной аритмии и величиной вагусного тонуса есть тесная линейная? связь [21]. Амплитуду дыхательной аритмии: предложили; использовать как меру этого тонуса [22]. Однако позднее были получены противоположные данные [23-25], что не позволяет прийти к окончательному суждению по этой проблеме. Что касается: глотательной тахикардии, то вопрос о возможной зависимости ее величины от уровня тонических нервных влияний на сердце ранее вообще не ставился.

Необходимость изучения динамики глотательно-сердечной реакции, а также условий; при которых она приводит к значительным артефактам при спектральном анализе,, послужила исходной предпосылкой: нашего исследования. Устранение артефактов,.связанных с глотанием, - необходимый этап предварительной подготовки данных для спектрального анализа. Однако, с другой стороны, редактирование (сглаживание) волны глотательной тахикардии равносильно исключению из рассмотрения ценной информации, заключенной в самой реакции. Вопрос, нельзя ли использовать эту реакцию для оценки состояния, нервной регуляции сердца,, составил вторую, не менее важную часть нашего исследования.

Цель исследования заключалась в изучении тахикардической реакции при; глотании как; "физиологической" нестационарности, приводящей к значительным ошибкам в оценке спектральных показателей изменчивости ритма со краще ний« сердца, ив то же время возможной пробы для «исследования хронотропной регуляции сердца.

Задачи исследования:

Г. Создать метод одновременной регистрации ЭКГ и глотательных движений; изучить, динамику и величину хронотропных реакций; при; различном; числе глотков в зависимости от исходного состояния хронотропной регуляции сердца - в положениях лежа и стоя.

2. Изучить роль парасимпатического и симпатического эфферентного звена в осуществлении хронотропной реакции сердца при глотании;

3. Исследовать связь между амплитудой волны глотательной тахикардии и исходным уровнем тонических нервных влияний на синусовый ритм сердца.

4. Исследовать эффективность коррекции артефактного завышения спектральной' мощности; обусловленного глотанием; и выяснить, в какой степени вклад одиночных волн тахикардии зависит от состояния, нервной регуляции сердца.

Научная «овизна. Впервые для изучения хронотропных реакций сердца у человека применен метод когерентного усреднения; фрагментов ритмограмм. Это позволило детально описать динамику глотательно-сердечной реакции и ее изменения в зависимости от числа глотков и от положения тела, а также при действии различных фармакологических препаратов. Впервые строго доказана ключевая роль парасимпатического звена в глотательно-сердечной; реакции у человека; Впервые выявлена связь между учащением ритма сердца при глотании и уровнем' тонических парасимпатических влияний на сердце. Обнаружено, что эта связь более тесная, чем между вагусным тонусом и дыхательной аритмией; Получены новые данные, подтверждающие ваготоническое действие антагонистов М-холинорецепторов в малых дозах, которое проявляется в брадикардии и усилении глотательной тахикардии и дыхательной аритмии;

Теоретическое и практическое значение работы. Тахикардическая реакция при глотании - малоизученное физиологическое явление, механизмы которого пока, не известны. Анализ ее проявления у людей при различных физиологических и фармакологических воздействиях расширяет знания об этой реакции и позволяет уточнить представления о ее возможных центральных и периферических механизмах.

Полученные данные позволяют разработать новую клиническую пробу для оценки состояния» парасимпатической регуляции сердца у больных, страдающих сердечно-сосудистыми и другими заболеваниями.

Коррекция, вклада одиночных волн глотательной тахикардии в спектр колебаний? ритма сердца используется: на практике. Впервые представлено статистическое обоснование существующего метода редактирования ритмограммы. Кроме того, предложен новый' метод устранения вклада глотательной тахикардии в, спектр колебаний PGC, который не требует "исправления" ритмограмм, и потому является более объективным.

Апробация работы состоялась. 16 апреля 2004 г. на; межлабораторном семинаре: Института экспериментальной кардиологии РКНПК. МЗ РФ. Диссертация рекомендована к защите.

Основные• результаты^ и положения работы< представлены на: Международной конференции, посвященной 150-летаю И.П. Павлова, — "Механизмы функционирования висцеральных систем" (Санкт-Петербург, 1999 г.); 1-ом Симпозиуме "Колебательные процессы гемодинамики" (Миасс, 2000 г.); VIII-ой Международной конференции "Центральные и периферические механизмы вегетативной нервной системы" (Донецк, 2003 г.); 1-ом Виртуальном Конгрессе по Вариабельности Сердечного ритма (2001 г.) (http://www.hrvcongress.org/russian) и научном семинаре факультета фундаментальной медицины, МГУ (2004 г.)

Публикации: по теме диссертации опубликовано 12 работ.

Заключение диссертации по теме «Физиология», Шерозия, Ольга Петровна

Выводы

1. У здоровых людей глотание вызывает резкое учащение синусового ритма сердца. Для реакции при одиночных глотках характерны быстрое (за 2-3 удара сердца) достижение ее максимума и короткая длительность (5-7 с). При нескольких глотках-начальное быстрое учащение ритма сердца определяется первым глотком. Дальнейший сравнительно медленный рост глотательной тахикардии, обусловленный временной суммацией, зависит от частоты и числа последующих глотков. Соотношение медленного и быстрого компонентов реакции определяется состоянием хронотропной регуляции сердца. В положении стоя, при ослаблении парасимпатических влияний, величина быстрого роста реакции уменьшается, а доля медленного компонента увеличивается.

2. Блокада парасимпатического влияния на синусовый узел атропином практически полностью устраняет глотательную тахикардию, а блокада (3-адренергических влияний пропранололом не уменьшает ее ни в положении лежа, ни стоя, когда симпатическое хронотропное действие усилено. Таким образом, глотателыю-сердечная реакция определяется, главным образом, ослаблением парасимпатической хронотропной регуляции сердца.

3. Антагонисты М-холинорецепторов в малых дозах усиливают парасимпатическое влияние на сердце. Увеличивается как средняя длительность кардиоциклов, так и динамические показатели — глотательная тахикардия и дыхательная аритмия. Величина глотательной тахикардии в этих условиях теснее связана с вагусным тонусом, чем амплитуда дыхательной аритмии.

4. При дыхании 6 раз/мин, наряду с тахикардической волной на вдохе, выявляется сильно выраженный брадикардический компонент во время выдоха. При усилении вагусного тонуса инспираторный компонент увеличивается, тогда как экспираторный меняется случайным образом. Поэтому амплитуда дыхательной аритмии при этой пробе не является адекватной оценкой вагусного тонуса.

5. Достоверная, хотя и невысокая, корреляция между величинами глотательной тахикардии и спектральной мощности дыхательных колебаний длительности /?/?-интервалов (при дыхании 15/мин) свидетельствует о принципиальном сходстве этих показателей. Однако, в отличие от дыхательной аритмии, величина глотательной тахикардии при одном глотке позволяет выявлять не только изменения вагусного тонуса при смене физиологических состояний, но и различия его уровня при одинаковом состоянии у разных испытуемых.

6. Игнорирование вклада одиночных волн глотательной тахикардии в спектр колебаний ритма сокращений сердца значительно (в среднем на 60%) завышает оценку мощности стационарных 10-секундных колебаний в положении лежа.

Доказана корректность и эффективность устранения артефактного вклада волны глотательной тахикардии в спектр колебаний ритма сокращений сердца как методом редактирования исходной ритмограммы, так и методом расчета спектра одиночной нестационарной волны.

Практические рекомендации

1. Глотательную тахикардию можно использовать в качестве пробы при оценке состояния парасимпатической хронотропной регуляции у людей. Уровень тонического влияния блуждающих нервов на сердце рекомендуется оценивать по величине реакции при одиночном глотании.

2. При 5-минутной записи ЭКГ для спектрального анализа волны глотательной тахикардии значительно искажают спектральные показатели мощности периодических процессов в широкой полосе частот. Необходимо учитывать вклад этих волн, особенно в НЧ-диапазоне (0.05-0.15 Гц), так как это может приводить к серьезным ошибкам в трактовке результатов спектрального анализа. Для уменьшения влияния волны ГТ на оценку мощности стационарных колебаний ритма сердца рекомендуется рассчитывать их спектр по значениям длительности /^-интервалов, а не по соответствующим мгновенным значениям ЧСС. Для устранения этого влияния рекомендуется применять разработанный нами способ расчета спектра усредненной волны глотательной тахикардии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Шерозия, Ольга Петровна, 2004 год

1. Bigger J, Fleiss J, Steinman R; Rolnitzky L, Kleiger R, Rottman J. Frequence domain measures of heart period' variability and mortality after myocardial infarction. Circulation. 1992; 85: 164-171.

2. Rosenblueth A, Simeone F. Interrelationship of vagal accelerator affects on the cardiac rate. Am. J. Physiol. 1934; 110: 42-46.

3. Parker P, Potter E, McCloskey D. Vagal'Stimulation andcardiac slowing. J Auton Nerv System■ 1984; 11: 226-231.

4. Saul J; Berger R, Albrecht P, Stein S, Chen M, Cohen R. Transfer runction analysis of the circulation: unique insights into cardiovascular regulation. Лm. J. Physiol. 1991; 261: H1231-H1245.

5. Баевскиш P.M., Нидеккер И.К. Спектральный анализ функции сердечного автоматизма. В кн. Статистическая электрофизиология. Часть 1. Вильнюс, 1968, с. 49-54.

6. Penaz J, Roukenz J, VanEder Waal H. Spectral5 analysis of some spontaneous rhythms in: the circulation, in Biokyhernetik. 1 Intern Symp /. Leipzig: K. Marx University, 1968, pp. 233-2411

7. Akselrod S, Gordon D, Ubel F, Shannon D, Barger A, Cohen R: Power spectrum analysis of heart rate fluctuation: a quantitative probe of beat-to-beat cardiovascular control: Science. 1981; 213: 220-222.

8. Pomeranz B- Macaulay R, Caudill M, Adam D^ Gordon D, Kilborn K, Barger A, Shannon D; Cohen R; Benson H: Assessment of autonomic function in humans by heart rate spectral analysis. Am J Physiol. 1985; 248: H151-H153.

9. Хаютин B.M., Лукошкова E.B. Хроно- и инотропная регуляция деятельности сердца человека:-исследования,методом спектрального анализа. В Сб. трудив научной• сессии- "Фундаментальные исследования и прогресс кардиологии". Москва 4-5 июля, 2002, с. 76-95.