У вариабельности сердечного ритма (ВСР) две истории. На Западе она выросла из наблюдения священника о дыхании, прошла через физиологические лаборатории и кардиологические отделения и пришла к стандарту 1996 года, которому до сих пор следует каждое носимое устройство. В Советском Союзе она вышла из космической медицины; об этом рассказано в материале ВСР в советской космической медицине. Эта страница следует западной линии, в основном так, как её изложил George Billman в историческом обзоре 2011 года (Billman, 2011).
До ЭКГ: пульс, который следует за дыханием
Врачи прощупывали пульс с древности, но засечь его точно не могли. Billman относит первые точные подсчёты пульса к 1707 году, когда в продажу поступили часы с секундной стрелкой, которую можно было остановить, — «пульсовые часы врача». С их помощью английский священник и экспериментатор Stephen Hales в 1733 году заметил, что пульс меняется с дыханием. Этот ритм, когда сердце ускоряется на вдохе и замедляется на выдохе, называется дыхательной синусовой аритмией, и он до сих пор составляет самую большую часть кратковременной ВСР.
Немецкий физиолог Carl Ludwig записал его в 1847 году с помощью кимографа — вращающегося барабана, который чертил давление и дыхание на закопчённой бумаге. В историческом обзоре Gernot Ernst вероятным открытием ВСР названа именно эта запись (Ernst, 2017). Электрокардиограмма ЭКГ Запись электрической активности сердца с помощью электродов на коже. RR-интервалы, полученные по ЭКГ, — эталонный метод измерения ВСР. Подробнее: ЭКГ появилась в 1895 году (Billman, 2011) и превратила каждый удар сердца в острый зубец на бумаге. Но следующие шестьдесят лет измерять вручную промежутки между тысячами ударов было слишком трудоёмко, а пользы от этого никто не видел.
1960-е годы: компьютеры и ещё не родившиеся дети
В 1960-е годы изменились две вещи. Цифровая обработка сигналов позволила измерять каждый удар в длинной записи, а врачи нашли причину этим заниматься. В 1965 году Hon и Lee сообщили, что дистрессу плода предшествуют изменения промежутков между ударами, причём они появляются раньше, чем меняется средний пульс. Billman считает это первым клиническим применением ВСР. Мысль, что изменчивость несёт информацию, которую скрывает среднее, — корень всей области.
В 1970-е годы эта же мысль дошла до взрослых. ВСР использовали для выявления повреждения нервов, управляющих сердцем, у людей с диабетом, и её связали с выживаемостью после инфаркта (Billman, 2011). Оба применения опирались на простую логику: если ритм сердца перестал меняться, значит, сердце лишилось нервной регуляции.
С 1981 по 1987 год: спектр и выжившие
1981 год, спектр. Solange Akselrod и коллеги из MIT опубликовали в Science короткую статью, где показали, что анализ спектра мощности колебаний сердечного ритма позволяет разделить вклады нервной системы по частотам. Симпатическая и парасимпатическая Парасимпатическая нервная система Ветвь вегетативной нервной системы, отвечающая за режим отдыха и восстановления. Замедляет сердце, в основном через блуждающий нерв, и определяет большую часть колебаний ВСР от удара к удару. Подробнее: Парасимпатическая нервная система системы давали вклады на определённых частотах спектра, а ренин-ангиотензиновая система, гормональная система, регулирующая артериальное давление, формировала медленный пик около 0,04 Гц (Akselrod и коллеги, 1981). Billman включает эту статью в число первых работ, после которых область быстро выросла. Отсюда берут начало диапазоны LF Мощность LF Дисперсия интервалов между ударами в диапазоне 0,04–0,15 Гц, в мс²: ритмы, повторяющиеся каждые 7–25 секунд. Раньше её считали показателем симпатической активности, но теперь это оспаривают. Подробнее: Мощность LF , HF Мощность HF Дисперсия интервалов между ударами в диапазоне от 0,15 до 0,40 Гц, в мс²: это диапазон обычного дыхания. Отражает в основном вагусную активность при частоте дыхания от 9 до 24 вдохов в минуту. Подробнее: Мощность HF и VLF Мощность VLF Дисперсия интервалов между ударами в диапазоне от 0,003 до 0,04 Гц, в мс²: ритмы с периодом от 25 секунд до 5 минут. Нужна запись не короче 5 минут, а надёжнее всего оценивать её за 24 часа. Подробнее: Мощность VLF на расширенном экране приложения.
1986 год, отношение. Massimo Pagani и коллеги из Милана обследовали 57 здоровых людей в положении лёжа, во время пассивной ортостатической пробы на поворотном столе, при дыхании под метроном и на фоне бета-блокаторов, а также бодрствующих собак с перерезанными симпатическими нервами сердца. Они нашли два главных пика, высокочастотный около 0,25 Гц и низкочастотный около 0,1 Гц, и предложили отношение между ними как маркер симпатовагального баланса: в покое около 3,6, во время ортостатической пробы около 21 (Pagani и коллеги, 1986). Отношение LF/HF Отношение LF/HF Мощность LF, делённая на мощность HF; безразмерная величина. Её предлагали как показатель баланса симпатической и парасимпатической систем, но исследования показали, что надёжно она его не измеряет. Подробнее: Отношение LF/HF стало самым цитируемым, а позже и самым оспариваемым числом в ВСР; почему, объясняет статья глоссария LF/HF.
1987 год, выжившие. Robert Kleiger и коллеги проанализировали 24-часовые холтеровские записи 808 человек, переживших инфаркт, сделанные примерно через 11 дней после него. Из всех измеренных показателей сильнее всего со смертью за следующий 31 месяц была связана ВСР, определённая как стандартное отклонение всех нормальных интервалов между ударами. У тех, у кого SDNN SDNN Стандартное отклонение всех NN-интервалов записи, в миллисекундах. Показывает общую вариабельность; его значение сильно зависит от длительности записи. Подробнее: SDNN был ниже 50 мс, вероятность умереть была в 5,3 раза выше, чем у тех, у кого он был выше 100 мс, и связь сохранялась после поправки на то, насколько хорошо сердце качает кровь (Kleiger и коллеги, 1987). Это исследование сделало ВСР инструментом кардиологии, и именно это число до сих пор цитируют первым; что оно значит сегодня, разобрано в материале ВСР и долголетие.
1996 год: стандарты
К середине 1990-х сотни статей использовали десятки определений. В 1996 году рабочая группа Европейского общества кардиологов и Североамериканского общества стимуляции и электрофизиологии опубликовала общие стандарты: показатели временного анализа (SDNN, RMSSD RMSSD Среднеквадратичное значение разностей соседних NN-интервалов: показатель ВСР в миллисекундах, построенный на том, насколько каждый интервал между ударами отличается от следующего. В основном отражает активность блуждающего нерва. Подробнее: RMSSD , pNN50 pNN50 Процент пар соседних NN-интервалов, которые различаются более чем на 50 миллисекунд. Как и RMSSD, отражает быстрые вагусные изменения, но выражается долей, а не величиной. Подробнее: pNN50 и другие), частотные диапазоны ( ULF Мощность ULF Дисперсия интервалов между ударами ниже 0,003 Гц, в мс²: ритмы медленнее одного цикла за 5 минут, включая смену дня и ночи. Измерить её можно только по 24-часовой записи. Подробнее: Мощность ULF , VLF, LF, HF), длительность записи 5 минут и 24 часа и правило, что считаются только интервалы между нормальными сокращениями, а эктопические сокращения Эктопическое сокращение Сокращение сердца, которое возникает вне обычного водителя ритма и обычно приходит раньше срока. Эктопические сокращения встречаются часто, но искажают ВСР, если их не убрать или не исправить. Подробнее: Эктопическое сокращение сначала убирают (Task Force, 1996). Ernst отмечает, что с 1996 года большинство измерений и расчётов следуют этим стандартам. Когда кольцо показывает ночной RMSSD, оно пользуется определением, написанным для 24-часовых больничных записей.
Подробнее Что стандарты решили, а что нет
Task Force закрепила определения, единицы и правила записи и дала осторожные толкования того, что означает каждый показатель: RMSSD и HF — в основном вагусные, LF — смесь с вкладом барорефлекса, отношение LF/HF — приблизительный индекс баланса. Она не решила вопрос о нормальных значениях для всего населения, о смысле VLF и о том, отражает ли LF симпатическую активность вообще. Эти споры шли следующие два десятилетия, а статьи глоссария сайта о мощности LF и мощности HF фиксируют, как обстоят дела сейчас.
После 1996 года: нелинейные показатели, спортсмены и носимые устройства
Нелинейные показатели. Исследователи позаимствовали у физики инструменты, описывающие форму ряда ударов, а не его разброс: детрендированный флуктуационный анализ DFA α1 Краткосрочный скейлинговый показатель детрендированного флуктуационного анализа. Около 1 — удары связаны «памятью» на всех масштабах, около 0,5 — ведут себя как шум. α2 — тот же наклон на более длинных участках. Подробнее: DFA α1 , энтропию, диаграммы Пуанкаре. В 2015 году европейские и азиатско-тихоокеанские кардиологические общества рассмотрели их в совместном позиционном документе и пришли к выводу, что эти методы углубили техническое понимание сигнала, но новых клинических инструментов с их помощью удалось создать мало (Sassi и коллеги, 2015).
Тренировки под контролем ВСР. К 2000-м годам специалисты по спортивной науке уже использовали ВСР, чтобы следить, как спортсмены справляются с нагрузкой. В 2007 году финское исследование сделало утреннее измерение основанием для решения: 26 мужчин со средним уровнем тренированности разделили на группу с фиксированным планом, группу под контролем ВСР, которая тренировалась интенсивно, только когда утренняя ВСР была на обычном уровне или повышалась, и контрольную группу. Обе тренирующиеся группы стали быстрее, а группа под контролем ВСР улучшила пиковое потребление кислорода с 56 до 60 мл/кг/мин (Kiviniemi и коллеги, 2007). Эту линию продолжает материал ВСР и тренировки.
Носимые устройства. Камеры телефонов, нагрудные датчики в паре с приложениями, а затем кольца и часы с 2010-х годов дали миллионам людей ночное значение ВСР. Их точность различается: по сравнению с медицинской ЭКГ связка датчика и приложения укладывалась примерно в 4 % по RMSSD, кольцо — примерно в 7 %, а приложение с камерой телефона ошибалось более чем на 100 % (Stone и коллеги, 2021). Показатели — это показатели Task Force; датчики новые. Чем они отличаются, рассказано в материале как измерить ВСР.
Две линии встречаются
Советская линия началась отдельно, в начале 1960-х годов, когда Парин и Баевский использовали интервалы между ударами, чтобы судить, как космонавты справляются со стрессом, и создала собственные показатели, например стресс-индекс Баевского Стресс-индекс Баевского Безразмерное число, построенное по гистограмме интервалов между ударами. Оно растёт, когда ритм становится ровнее и менее изменчивым; Баевский видел в этом напряжение регуляторных систем организма. Подробнее: Стресс-индекс Баевского . С 1990-х годов совместные российские, американские и немецкие исследования на станции «Мир» и Международной космической станции свели две традиции вместе, а российские обзоры ссылаются на перечисленные выше западные работы. Эта история рассказана в материале ВСР в советской космической медицине.