У анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) два корня. На Западе он вырос из мониторинга плода и кардиологии. В Советском Союзе — из космической медицины, где Василий Парин и Роман Баевский по меняющимся промежуткам между ударами сердца судили о том, как космонавты справляются со стрессом (Баевский и Черникова, 2017). Сначала два направления развивались независимо. С 1990-х годов российские, американские и немецкие группы изучали космонавтов вместе, а российские обзоры цитируют главные западные работы.
Значительная часть советской истории известна со слов самого Баевского и его коллег, поэтому здесь указано, кто и что утверждает.
Зачем врачи космической медицины следили за сердцебиением
Первые космические полёты поставили практический вопрос: как человек на борту справляется прямо сейчас? Баевский и Черникова (2017) пишут, что анализ ВСР «впервые был разработан в космической медицине». Для первых пилотируемых полётов нужен был быстрый способ оценить реакции человека и его способность продолжать работу в условиях стресса.
Ранней работой руководили два человека.
- Василий Парин — ведущий советский физиолог, специалист по кровообращению. В историческом очерке 2013 года Григорьев и Баевский называют его основателем космической кардиологии. С его именем связывают применение анализа ВСР и сейсмокардиографии в космосе, а также первое медицинское оборудование на борту. Его книга «Космическая кардиология», вышедшая в 1967 году в соавторстве с коллегами, определяла развитие области на годы вперёд.
- Роман Баевский (1928–2020) начинал военным авиационным врачом на острове Сахалин в 1952–1957 годах. Он был одним из последних докторантов Парина. Он создал первые отечественные баллистокардиографы: их датчики на теле регистрируют слабые механические толчки при каждом сокращении сердца (Tank и коллеги, 2020).
От первых собак до Гагарина
Согласно некрологу, написанному коллегами из Германии и России, Баевский непосредственно участвовал в подготовке первых полётов животных и человека в космос. В нём сказано, что он получил записи пульса собаки Лайки и снимал подобные показатели у Юрия Гагарина, первого человека в космосе (Tank и коллеги, 2020). Он также опубликовал оценку записей сейсмокардиографии, регистрирующей механические движения сердца, с полётов «Восток-5» и «Восток-6».
Баевский и Черникова (2017) пишут, что у животных в невесомости наблюдались большие колебания сердцебиения и дыхания. На электрокардиограмме Гагарина во время орбитального полёта тоже была заметна выраженная изменчивость промежутков между ударами сердца. Эти изменения они трактовали как нарушения обратной связи в системе вегетативной регуляции организма, «где мозг — командир».
Как судить о регуляции организма по ритму сердца
В 1960-е годы советская группа превратила эти наблюдения в методы. Баевский и Черникова (2017) перечисляют вехи:
- В 1966 году на первом симпозиуме по математическому анализу сердечного ритма Парин сделал большой доклад и сказал, что метод вышел из космической кардиологии.
- В 1967 году Парин, Баевский и Никулина представили доклад «Частота сердечных сокращений как показатель нейроэндокринной регуляции» на 18-м конгрессе Международной астронавтической федерации в Белграде.
- В 1968 году была предложена двухконтурная модель регуляции сердечного ритма: нижний, автоматический контур, следующий за дыханием, и верхний, центральный контур, который сильнее включается при стрессе.
- В конце 1960-х годов Нидеккер и Баевский предложили спектральный анализ сердечного ритма, чтобы выявлять в нём повторяющиеся колебания.
Когда организм спокоен, промежутки между ударами удлиняются и укорачиваются в такт дыханию. Когда стресс подключает высшие центры регуляции, ритм становится ровнее, а промежутки — более похожими друг на друга. Поэтому ровный ритм считали признаком напряжения. Стресс-индекс Баевского выражает это числом по гистограмме промежутков.
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
В Советском Союзе исследования ВСР достигли пика в 1970-е и 1980-е годы (Баевский и Черникова, 2017).
Между здоровьем и болезнью: преднозологическая диагностика
Космическая медицина имеет дело со здоровыми людьми в экстремальных условиях, поэтому её вопрос был в том, насколько напряжённо организм работает, чтобы оставаться здоровым. Изучение этой промежуточной зоны Баевский назвал «преднозологической диагностикой» от греческого nosos — болезнь. Цель состояла в том, чтобы уловить переход от здоровья к болезни до появления симптомов (Tank и коллеги, 2020). Его коллеги пишут, что его книги об этом повлияли на профилактическую, спортивную и реабилитационную медицину в России и на политику здравоохранения Минздрава России.
Позднее группа Баевского описала это как «светофор здоровья». Жёлтая зона лежит между здоровьем и болезнью: организм напряжён, но не болен, и профилактика ещё может помочь (Баевский и соавт., 2015). Показатели ВСР входили в оценки «риска адаптации» для каждого человека (Баевский и Черникова, 2016) и в показатель активности регуляторных систем (ПАРС), который принимает значения от 1 до 10 (Баевский и Черникова, 2017).
Эти оценки описывают риск и напряжение. Это не диагнозы: их создавали для наблюдения за людьми на работе, особенно в авиационной и космической медицине (Баевский и Черникова, 2016).
Длительные полёты, «Мир» и МКС
Работа продолжалась по мере того, как полёты становились длиннее.
- «Мир». В 1994 году группа из Гарвардской медицинской школы, Космического центра имени Джонсона NASA и московского института Баевского сообщила о динамике сердечного ритма у космонавтов в длительных полётах на станции «Мир» (Goldberger и коллеги, 1994).
- 14-месячный полёт. Группа Баевского наблюдала за врачом-космонавтом В. В. Поляковым в течение полёта длиной 438 суток, самого длительного на момент публикации. По 24-часовым записям сердечного ритма и другим данным авторы заключили, что адаптация к невесомости идёт этапами и со временем в неё включаются всё более высокие уровни регуляции (Баевский и соавт., 1998).
- МКС. Российские, немецкие и американские исследователи записывали данные восьми космонавтов-мужчин в полётах длиной от 162 до 196 суток. Пульс и ВСР в полёте оставались стабильными, а артериальное давление и частота дыхания Частота дыхания Сколько вдохов вы делаете за минуту. Она сама по себе меняет ВСР: чем медленнее и глубже дыхание, тем больше размах колебаний от удара к удару, а при частоте ниже примерно 9 вдохов в минуту дыхательный пик переходит из диапазона HF в LF. Подробнее: Частота дыхания снижались. Авторы расценили это как здоровую адаптацию. ВСР при медленном дыхании под метроном снизилась у шести из восьми. Авторы расценили это как уменьшение резерва вагусной регуляции, то есть режима отдыха и восстановления, (Баевский и соавт., 2007).
- «Пневмокард» (Pneumocard). В этом эксперименте на МКС участвовали 25 российских членов экипажа; было проведено 226 сеансов записи, 130 из них на борту станции, с датчиками сердца, дыхания и пульса. Авторы сообщают, что вагусное влияние, как правило, росло в начале миссии, и утверждают, что анализ ВСР вместе с преднозологической оценкой мог бы помочь медицинскому обеспечению длительных миссий (Баевский и соавт., 2014).
Как развивалось западное направление исследований ВСР
У западного направления есть своя страница, краткая история ВСР на Западе, от Хейлса и Людвига до стандартов 1996 года и носимых устройств. Вкратце: обзор истории ВСР, написанный Billman в 2011 году, космическую программу не упоминает. Он датирует первое клиническое применение 1965 годом. Hon и Lee заметили, что дистрессу плода предшествуют изменения промежутков между ударами сердца, ещё до изменения средней частоты сердечных сокращений. В 1970-е годы ВСР использовали для выявления поражения нервов у людей с диабетом и связывали с выживаемостью после инфаркта (Billman, 2011).
В 1981 году Akselrod и коллеги с помощью спектрального анализа показали, что 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 нервные системы оставляют свой след на разных частотах изменения сердечного ритма. Billman относит эту работу к первопроходческим исследованиям, после которых область быстро выросла. В 1996 году Рабочая группа ESC и NASPE (Task Force, 1996), объединившая европейских и североамериканских специалистов, опубликовала общие стандарты измерения ВСР, её интерпретации и использования в клинике. Российские методические рекомендации вышли в 2001 году (Баевский и Черникова, 2017).
Где два направления различаются и где встречаются
| Советская и российская космическая медицина | Западные кардиология и физиология | |
|---|---|---|
| Отправная точка | Здоровые космонавты в условиях стресса, начало 1960-х | Дистресс плода (1965), затем больные после инфаркта и с диабетом |
| Главный вопрос | Насколько напряжена регуляция организма и насколько хорошо он адаптируется? | У кого выше риск болезни или смерти? |
| Типичные показатели | Показатели по гистограмме, например стресс-индекс, плюс спектральный анализ | Показатели временной области, такие как SDNN SDNN Стандартное отклонение всех NN-интервалов записи, в миллисекундах. Показывает общую вариабельность; его значение сильно зависит от длительности записи. Подробнее: SDNN и 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 , и спектральная мощность |
| Опорный документ | Методы Баевского и российские рекомендации 2001 года | Стандарты Task Force 1996 года |
Два направления всё же опирались друг на друга. Баевский и Черникова (2017) цитируют Hon и Lee, Akselrod и Task Force и сравнивают свою гистограмму с западным «триангулярным индексом», который тоже строится по гистограмме интервалов между ударами. Исследования на «Мире» и МКС были совместной работой российских, немецких и американских групп.
Обе традиции можно увидеть на этом сайте. Большинство носимых устройств показывает RMSSD, показатель из западных стандартов (читайте как измеряют ВСР). Измерение нагрудным датчиком показывает также 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 , если запись достаточно длинная.