Новый метод анализа ЭКГ...

А.В. Москаленко^*), А.В. Русаков^*), Ю.Е. Елькин^**)

Введение

Желудочковые аритмии представляют собой опасные для жизни нарушения сердечной деятельности. Несмотря на достигнутый в последние годы значительный прогресс, фармакологическое лечение пациентов с фибрилляцией желудочков и полиморфной желудочковой тахикардией остается малоэффективным. Согласно многоцентровым исследованиям (ESVEM, CASCADE и др.), лечение при помощи антиаритмических препаратов всех классов приводит полозительным результатам лишь в 58,5% случаев. Такая низкая эффективность фармакотерапии может быть обусловлена низкой способностью различать варианты желудочковых аритмий. Можно ожидать, что чем более детальной будет диагностика, тем более адекватным будет назначаемое лечение.

Наиболее широко используемым в клинике средством оценки аритмий является анализ ЭКГ. Для того, чтобы дать более детальное количественное описание полиморфных желудочковых аритмий, мы предложили новай метод анализа ЭКГ, названный нами АНИ-метод. [Биофизика, том 46, вып. 2, стр. 319-329, 2001].

Результаты

АНИ-метод отобразает фрагмент ЭКГ в пару индексов вариабельности ЭКГ. Эти индексы дают количественную оценку полиморфизму, который является одним из качественных ЭКГ-характеристик выраженности сердечной аритмии. Один из этих индексов является средним значением последовательности оценок непохожести ЭКГ-отрезков внутри исследуемого фрагмента ЭКГ, а другой - ее коэффициентом вариации. Сравниваемые ЭКГ-отрезки соответствуют подобным (гомологичным) интервалам соседних кардиоциклов. Последовательность индексов, полученных для последовательных ЭКГ-фрагментов, в пространстве индексов изображается в виде траектории. См. Рис.1

Нами были выделены области пространства индексов, соответствующие ЭКГ с различной степенью полиморфизма. На основании экспертных оценок для полиморфизма ЭКГ был введен частичный порядок. Он породил соответствующий частичный порядок в пространстве индексов. В результате было введено новое детальное количественное описание полиморфных ЭКГ. См. Рис.2

Было обнаружено, что траектории ЭКГ, полученных в физиологических наших экспериментах, обычно группируются во вполне определенных областях пространства индексов и отсутствуют в других областях этого пространства. См. Рис.4

Траектории ЭКГ, полученых в численных экспериментах, имеют существенно отличную локализацию. Причем ЭКГ обоих типов не имеют очевидных различий. Интересно отметить, что ЭКГ из численных экспериментов, согласно индексам вариабельности ЭКГ, оказались менее "детерменироваными", чем физиологические ЭКГ. Физиологические и биофизические механизмы описанных здесь явлений еще не нашли объяснения. См. Рис.5

Выводы

В этом исследовании мы показали, что новый метод анализа ЭКГ, обозначенный как АНИ-метод, мог бы предоставить кардиологам чувствительное клиническое средство оценки жизнеопасных желудочковых аритмий. Исследование оценки вариации ЭКГ выявило некоторые неожиданные детали динамики желудочковых аритмий, которые, вероятно, окажутся полезными для диагностики сердечных болезней.

This study has demonstrated the possibilities of ANI-method for quantitative distinction of ECGs during life-dangerous ventricular arrhythmias. The many of the natural phenomena found are not understood because of complexity of heart activity during ventricular arrhythmias.

As regimes of circulation of excitation waves on myocardium is strongly determined by the state of membrane ionic channels [Chaos, Solitons and Fractals 1995;5:513-526], further development of ANI-method is suggested to turn the technique into new effective noninvasive procedure for evaluation of myocardial state.

Further work will also aim at the study how reentrant and focal arrhythmias could be distinguished from their ECGs.

Благодарности

Эта работа была поддержана Civil Research Development Foundation: гранты CRDF-RB0-676 (1999-2000) и CRDF-RB1-102 (1996-1998).

ILLUSTRATIONS

Рис.1. Оценка вариабельности ЭКГ при помощи метода анализа нормированной изменчивости (АНИ-метода).
(A) Сверху вниз: U(t) - ЭКГ; I_i - для i-го момента дискретного времени, оценка непохожести двух отрезков ЭКГ, соответствующих подобным (гомологичным) интервалам соседних сердечных циклов; V_1i - среднее значение I_i в скользящем временном окне; V_2i - коэффициент корреляции (т.е. отношение матожидания к дисперсии) в том же временном окне. Горизонтальная ось общая для всех графиков.
(B) Траектории в пространстве индексов вариабельности (V_1i, V_2i), соответствующие участку ЭКГ, показанному на вставке. Показанный участок ЭКГ соответствует 2000 милисекундам.

Back to text.

Download for printing(15Kb)

Рис.2. Искуственные ЭКГ и их траектории в пространстве индексов (V_1i, V_2i). Этот тип ЭКГ был получен путем различных сочетаний двух отрезков ЭКГ, котрые показаны на Рис.2.G. Оси обозначены также, как на Рис.1.B. Показанные участки ЭКГ соответствуют 2000 милисекундам.
Каждый из случаев A и B состоит из двух двух строго мономорфных участков с одним переходом из одного состояния в иное. Возно видеть, что в пространстве индексов (V_1i, V_2i) индексы вариабельности близки к нулю. В случаях C-F можно видеть, что, чем больше переходов наблюдается в единицу времени, тем более возрастают предложенные индексы вариабельности ЭКГ.
Зависимость положения траекторий от степени полиморфизма ЭКГ порождает частичный порядок в пространстве индексов вариабельности (V_1i, V_2i).
Обратите внимание, что в реальной записи ЭКГ, полученной при полиморфной желудочковой тахикардии или при фибрилляции желудочков, количество переходов часто может быть неизвестно. Однако использование АНИ-метода позволяет легко оценить эту величину.

Back to text.

Download for printing(22Kb)

Рис.3. Некоторые характерные артефакты, присущие АНИ-методу. Все примеры ЭКГ получены в физиологических экспериментах. Строка I - траектории, II - соответствующие ЭКГ.
Рис.3.A показывает типичное положение траекторий шума в пространстве (V_1i, V_2i)
Рис.3.B показывает феномен окончания записи: ЭКГ, записанная при спонтанном прекращении аритмии и ее траектория в пространстве (V_1i, V_2i).
Рис.3.C показывает типичный вид траекторий в пространстве (V_1i, V_2i) при регулярном сердечном ритме.

Back to text.

Download for printing(9Kb)

Рис.4. Псевдо-ЭКГ, полученные в физиологических экспериментах и их траектории в пространстве (V_1i, V_2i) Оси обозначены также, как и на Рис.1.B. Показанные участки ЭКГ соответствуют 5000 милисек. A-D демонстрируют смещение траекторий в (V_1i, V_2i), когда соответсвующие ЭКГ выглядят все более и более полиморфными. E-H демонстрируют случаи с переходом аритмии из одного состояния в иное. Метка 1 внутри окружности указывает более полиморвный участок ЭКГ, а метка 2 внутри окружности указывает менее полиморфный участок ЭКГ.
Обратите внимание на различия в примерах E-H. Так, и в E, и в G ЭКГ не имеет очевидных переходов, однако легко видно наличие перехода в пространстве (V_1i, V_2i). Эти переходы указывают отрезок времени, когда состояние аритмии изменилось. Пример H демонстрирует противоположную ситуацию: очевиден переход на самой ЭКГ, однако отсутствует соответсвующий переход в пространстве индексов вариабельности (V_1i, V_2i). На основании этого мы в случае H можем предположить, что в этом случае существенных изменений в механизме аритмии не происходило.

Back to text.

Download for printing(37Kb)

Рис.5. Псевдо-ЭКГ, полученные в численных экспериментах, и соответствующие траектории в (V_1i, V_2i). Оси обозначены также, как и везде.
Обратите внимание на различие в положении траекторий в случае "численных" ЭКГ в сравнении с "физиологическими" ЭКГ (Рис. 4). Хотя оба типа ЭКГ визуально воспринимаются как похожие, положение их траекторий очевидно различается.
Причины этого явления остаются пока невыясненными.

Back to text.

Download for printing(40Kb)