Введение

В последнее десятилетие открылись новые перспективы для выявления нейрогенной природы нарушения ритма сердца и артериальной гипертонии (АГ), основанных на сочетанном гармоническом анализе ЭКГ совместно с вольтаическими и омическими сигналами, регистрируемыми неинвазивно в тазовом и поясничном регионах в области простаты и почек [1, 2]. Обнадеживающие данные в этом направлении требуют систематического анализа связи спектральных параметров электрических сигналов в указанных регионах с различными патологиями, общим свойством которых является аномальная активность симпатической и парасимпатической ветвей автономной нервной системы (АНС). Возможности точной оценки активности симпатической (СС) и парасимпатической (ПСС) систем в исследуемых регионах по магнитудам спектральных пиков в диапазоне частоты Майера (М=0,03—0,2 Гц) и управляемой метрономом частоты дыхания Траубе—Геринга (TH=0,35 Гц) являются предметом дискуссий, однако такой подход к оценке активности АНС стал распространенным методическим приемом при анализе колебаний АД [3—5] и вариабельности ритма сердца [6]. Несомненна необходимость раскрытия природы электрических сигналов в тазовом регионе путем их сопоставления у здоровых испытуемых и пациентов с вегетативными расстройствами, аритмиями и артериальной гипертонией [1, 2]. В то же время эта проблема фундаментальной электрофизиологии не должна отодвигать задачу применения новых параметров электрической активности тела человека для диагностики различных патологий, общим свойством которых является аномальная регионарная активность АНС. Бесспорными аналогами такого методологического подхода являются измерения ЭКГ и электроэнцефалограммы, успешно применяемыми для диагностики заболеваний сердца и мозга, невзирая на то, что далеко не все особенности этих сигналов получили исчерпывающие объяснения.

Цель исследования — развитие метода неинвазивной оценки регионарной активности АНС в области простаты у мужчин на основе гармонического анализа электрических сигналов, измеряемых в тазовом регионе тела мужчин с учетом обнаруженной связи такой активности с аномальной работой сердца.

Материал и методы

В исследовании участвовали здоровые мужчины в возрасте от 20 до 60 лет (n=19) и пациенты с вегетативными расстройствами, удовлетворяющие критериям диагноза соматоформной дисфункции вегетативной нервной системы (код F45.3 по МКБ 10) и/или простатитом (n=39), причем у части пациентов (n=22) была выявлена артериальная гипертония. Все исследования были проведены с использованием информированного добровольного согласия в соответствии с Хельсинкской декларацией Всемирной медицинской ассоциации (ВМА) «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека в качестве субъекта» с поправками 2013 года.

Запись и анализ омических и вольтаических сигналов в тазовом регионе в области простаты выполняли с помощью оригинальной измерительной системы, позволяющей одновременно регистрировать омические и вольтаические сигналы, а также ЭКГ (дифференциально от двух электродов) по отдельному измерительному каналу. Во время обследования испытуемые находились в состоянии покоя лежа на спине или вертикально во время активной ортопробы.

Дифференциальный сигнал ЭКГ отводили двумя грудными Ag/AgCl электродами V1 и V2 таким образом, чтобы результирующий сигнал был равен разности потенциалов между этими электродами (V1—V2). Такой вариант отведения с малым межэлектродным расстоянием (около 10 см) выбран для снижения колебаний изолинии, вызванных дыхательными экскурсиями. При этом снижение амплитуды ЭКГ не было критичным для ее регистрации малошумящей измерительной системой и последующего анализа.

Для измерения электрических сигналов в тазовом регионе применяли Ag/AgCl-электроды, которые располагали на копчике и в промежности. Общий для ЭКГ и тазовых сигналов нейтральный электрод прикрепляли к правой ноге пациента.

Ранее было обнаружено, что омические и вольтаические электрические сигналы в тазовом регионе человека [1] представляют собой случайные (стохастические) процессы, интенсивность которых существенно превосходит электрический шум оригинальной измерительной системы [7]. Эта система отличается низким уровнем шумов: 3600 и 900 нВ²/Гц при закороченном входе в частотных диапазонах 0,1—0,2 и 1,0—2,0 Гц соответственно [8]. Разрешающая способность измерения переменной составляющей импеданса оказалась равной 250 мкОм в диапазоне ±4 Ом [7]. Измерительная система позволяет с помощью гармонического анализа выявлять характерные спектральные пики на частотах M и TH и их гармоники, а также на частоте сердечных сокращений (рис. 1).

Рис. 1. Исходный сигнал тазового электроимпеданса ТЭИ мужчины D20240507ЛЕВ в горизонтальном положении.

а — запись R8: 195-230 с — фрагмент исходного сигнала во временнóм представлении; б — запись R8: 110—230 с — частотное (спектральное) представление этого же сигнала. На спектре видны пики Майера (М), Траубе—Геринга (TH), а также пульсовые гармоники C₁—C₃.

При регистрации электроимпеданса амплитуда переменного зондирующего тока (100 кГц) составляла 1,25 мА. Сетевые наводки на частотах 50, 100 и 150 Гц подавляли режекторными фильтрами с относительной шириной полосы 0,1, реализованными в оригинальной программе А5. Регистрацию вольтаической и омической активностей в тазовом регионе выполняли как в положении лежа на спине, так и во время активной ортопробы непосредственно после принятия испытуемым вертикального положения. Ортопробу проводили в течение 5 мин.

Программа А5 в составе измерительной системы позволяла записывать электрические сигналы и выполнять их гармонический (Фурье) анализ. Для вычисления преобразования Фурье записи сигналов разбивали на сегменты, включающие в себя 16384 отсчетов, записываемых с частотой дискретизации 533,33 Гц, что соответствовало длительности сегмента 31,130 с. При вычислении спектра применяли окно Ханна с 50% перекрыванием сегментов. Длительность анализируемых фрагментов составляла 1—3 мин. Выбирали фрагменты без спорадических всплесков электрической активности, представляющих собой редкие высоковольтные разряды с амплитудой до 1 мВ и/или выраженные колебания изолинии в течение нескольких секунд. Спектры отдельных сегментов выделенного фрагмента экспериментальной записи усредняли. Финальный график представляли как зависимость амплитуд периодических составляющих сигнала от частот этих составляющих.

Магнитуды омических (MR, THR) и вольтаических (MV, THV) спектральных пиков определяли по первым гармоникам в частотной полосе М (0,03—0,2 Гц), соответствующей активности СС, и в полосе частоты контролируемого дыхания TH (0,3—0,4 Гц), соответствующей активности ПСС. Для предотвращения частичного перекрывания спектральных пиков M и TH испытуемые дышали по команде метронома с частотой 0,35 Гц в течение 2—3 мин. Магнитуды спектральных пиков вычисляли как эффективное напряжение или сопротивление по формуле:

0,71×√∑A_i²,

где A_i являются эффективными значениями синусоид, составляющих вольтаические или омические спектральные пики M и TH [9]. Вычисляли омический и вольтаический симпато-парасимпатический балансы (соответственно SPBR=MR/THR и SPBV=MV/THV). В дополнение к указанным параметрам определяли полную магнитуду артериальных пульсаций (total pulse magnitude, TPM) по формуле:

TPM=√∑C_i²,

где C_i является магнитудой соответствующей пульсовой гармоники (i=1, 2, 3, 4). Эта формула учитывает вклад четырех пульсовых гармоник в величину TPM. Таким образом, для оценки активности АНС и пульсовой активности в тазовом регионе в положении лежа и при ортопробе получали в совокупности 2×7=14 параметров. Результаты представляли в виде 7-лепестковых диаграмм (ЛД), отображающих измеряемые параметры в положении лежа или при ортопробе.

Статистический анализ выполняли с помощью программ Statistica 6.0 и SigmaPlot 11. Для сравнений применяли парный критерий Манна—Уитни. Данные представляли в виде медианы и квартилей Me (Q₁; Q₃). ЛД строили с помощью программы Excel.

Результаты и обсуждение

Важной особенностью измеряемых электрических сигналов является наличие в них кратких (до нескольких секунд) вспышек активности, относительно редких у здоровых испытуемых и более частых при вегетативных расстройствах, простатитах и АГ. Особый интерес такие вспышки представляют в том случае, когда они взаимно-однозначно соответствуют эпизодам нарушения ритма и проводимости сердца, что указывает на общий нейрогенный характер аритмии и электрических разрядов в тазовой области (рис. 2). Полезной особенностью ЭКГ, отводимой параллельно с электрическими сигналами тазового региона, является характерная наводка (помечена звездочкой на рис. 2, а), которая позволяет сделать вывод о нейрогенном характере аритмии даже без регистрации электрической активности в тазовом регионе, однако при условии высокой разрешающей способности кардиографа.

Рис. 2. Примеры электрических разрядов в записях тазового электропотенциала (ТЭП), взаимно-однозначно совпадающих с эпизодами аритмии. Пациент D150225 с вегетативным расстройством.

а — запись R0: 34—43 с; б — 583—592 с. Звездочка показывает наводку (артефакт) на записи ЭКГ, связанную с сигналом ТЭП из тазового региона. Сигналы ТЭП на иллюстрациях а и б даны в разных масштабах.

Выявленная ассоциация электрической активности в тазовом регионе с работой сердца может быть объяснена их общей основой — влиянием АНС. Этот факт требует обратить особое внимание на необходимость разработки новых и относительно простых (неинвазивных) способов оценки активности АНС.

Основой нового метода [10] оценки активности АНС в тазовом регионе в области простаты мужчин стал гармонический анализ вольтаических и омических сигналов, измеряемых накожными электродами у испытуемого в положении лежа и при ортопробе (см. рис. 1). На спектрограмме выделяли пики М и TH, соответствующие активности СС и ПСС, а также дополнительно четыре пульсовые гармоники С₁—С₄. Для гармонического анализа выбирали фрагменты, свободные от спорадических высокоамплитудных вспышек (см. рис. 2) измеряемых омических и вольтаических сигналов. К первичным электрическим характеристикам, непосредственно определяемым гармоническим анализом электрических сигналов, относятся магнитуды спектральных пиков MR (омический пик Майера), THR (омический пик Траубе—Геринга), MV (вольтаический пик Майера) и THV (вольтаический пик Траубе—Геринга), а также полная магнитуда артериальных пульсаций TPM (total pulse magnitude). В табл. 1 приведены значения указанных параметров в тазовом регионе у здоровых испытуемых в положении лежа и при ортопробе. Кроме первичных спектральных параметров определяли омический и вольтаический симпато-парасимпатический балансы по отношениям SPBR=MR/THR и SPBV=MV/THV соответственно. Эти два параметра взяты по аналогии показателя вегетативного баланса (индекс LF/HF), используемого в спектральных методах анализа вариабельности сердечного ритма [6].

Таблица 1. Влияние ортопробы на спектральные магнитуды M- и TH-волн, полную магнитуду пульсаций (TPM) и на симпато-парасимпатические балансы (отношения MR/THR и MV/THV) в тазовом регионе здоровых испытуемых, n=19

Примечание. **p<0,01, ***p<0,001 по сравнению с параметрами, измеренными в горизонтальном положении.

В табл. 1 показано, что у здоровых испытуемых ортопроба достоверно увеличивала омический спектральный пик М в 4 раза, а также достоверно увеличивала омический пик TH в 2 раза, при этом омический SPBR увеличивался двукратно, хотя только в виде тренда. Полная пульсовая активность TPM достоверно снижалась при ортопробе, отражая повышение жесткости артерий в тазовом регионе и их констрикцию. Полученные результаты соответствуют представлениям о влиянии ортопробы на активность СС и ПСС, а также на сосудистый тонус в нижней части тела [11]. Изменения вольтаических параметров при ортопробе в норме (MV, THV и SPBV) не были достоверными.

Слишком большое число параметров для определения активности АНС (N=14) не всегда удобно для быстрой и наглядной оценки этой активности, что побудило разработать способ упрощенной количественной и наглядной качественной оценки этой активности. Для наглядного отображения активности АНС в тазовом регионе совокупность параметров (см. табл. 1) отображали в виде ЛД. С этой целью эти параметры модифицировали таким образом, чтобы при ортопробе у здоровых испытуемых все эти параметры увеличивались, отражая рост активности СС, ингибирование активности ПСС, смещение симпато-парасимпатического баланса в пользу СС, а также вероятную вазоконстрикцию артерий в области органов малого таза. Далее эти параметры нормализовали и выражали в относительных единицах. У здоровых испытуемых в положении лежа нормализацию выполнили по медиане каждого параметра (табл. 2).

Таблица 2. Нормализованные и упорядоченные спектральные параметры электрических сигналов в тазовом регионе здоровых испытуемых в положении лежа и при ортопробе, Me (Q1; Q3)

Примечание. Медианы и квартили при ортопробе нормализованы по соответствующим медианам, полученным для положения лежа. **p<0,01, ***p<0,001 по сравнению с параметрами, измеренными в положении лежа.

По определению, у таких испытуемых в положении лежа все нормализованные медианы равны 1, а исходные квартили изменены пропорционально изменениям соответствующих медиан. При построении ЛД для положения лежа определяли допустимый интервал параметров, ограниченный верхней (UL, upper limit) и нижней (LL, lower limit) границами. Эти границы были равны соответствующим квартилям у здоровых испытуемых, определенных для положения лежа. Аналогичным образом определяли величины LL и UL для вертикального положения при ортопробе. У здоровых испытуемых в положении стоя нормализацию медиан выполняли относительно соответствующих абсолютных значений медиан в положении лежа. В результате все медианы были больше или равны 1 (см. табл. 2). При этом исходные квартили были изменены пропорционально изменениям соответствующих медиан.

У пациентов с вегетативными расстройствами и/или с простатитом все параметры в положении лежа нормализовали по соответствующим значениям у здоровых испытуемых в положении лежа, так что нормализованные параметры могли отличаться от 1 в любую сторону. У пациентов в положении стоя все параметры нормализовали по соответствующим значениям у здоровых испытуемых в положении лежа (а не стоя!). Выбор единых коэффициентов нормализации относительно соответствующих параметров здоровых испытуемых в положении лежа (см. табл. 2, колонка абсолютных значений) позволил сравнивать формы всех ЛД, получаемых у здоровых испытуемых и пациентов с вегетативными расстройствами и/или простатитом как в положении лежа, так и стоя.

Существенно, что форма ЛД зависит от порядка следования используемых параметров. Этот порядок выбирали единым для всех ЛД с помощью программы А5 на основе построения ЛД, получаемой при ортопробе у здоровых испытуемых, добиваясь у ЛД максимальной площади S. Этот порядок выглядит следующим образом: MR, MR/THR, MV/THV, THR^-1, THV^-1, MV и TPM^-1 (см. табл. 2, сверху вниз). В результате всю совокупность параметров (n=7) оказалось возможным оценить единым универсальным безразмерным индикатором S, равным площади ЛД. По определению медианное значение индикатора S для здоровых испытуемых в положении лежа равно 2,7 (площадь правильного семиугольника с единичными радиусами). При этом квартильные значения оказались равными 1,2 и 8,0. При ортопробе у здоровых испытуемых медианное значение индикатора S увеличивалось и достигло величины 9,3 с квартилями 3,1 и 21,4 (рис. 3). Таким образом, при ортопробе у здоровых испытуемых ЛД расширяется (см. рис. 3, а, б), отражая усиление активности СС и констрикцию артерий в тазовом регионе. Видно, что у здоровых испытуемых при ортопробе наиболее выраженно увеличивались параметры MR, SPBR=MR/THR и TPM^-1. Существенно, что угнетению СС и усилению ПСС соответствует снижение площади ЛД ниже 2,7 для положения лежа и ниже 9,3 при ортопробе.

Рис. 3. Лепестковые диаграммы активности АНС в тазовом регионе у здоровых испытуемых.

а — измерения в положении лежа; б — при ортопробе. Значения индикатора S в положении лежа и стоя равны, соответственно 2,74 (1,19; 8,05) и 9,28 (3,08; 21,38).

Разработанный метод применили для оценки активности АНС в тазовом регионе у пациентов с вегетативными расстройствами и простатитом. При этом значения квартилей Q₁ и Q₃ у здоровых испытуемых приняли за допустимые нижний (lower level, LL) и верхний пределы (upper level, UL) соответственно. У всех пациентов обнаружили превышение индикатора S относительно нормы по значениям медианы или верхнего квартиля. В некоторых случаях (пациент 20240507ЛЕВ) это превышение было многократным (рис. 4).

Рис. 4. Репрезентативные лепестковые диаграммы активности АНС в тазовом регионе у пациента D20240507ЛЕВ, страдающего простатитом и артериальной гипертонией.

а — запись R2: 70—120 с в положении лежа; б — запись R5: 70-140 с при ортопробе. Индикаторы S в положении лежа и стоя равны, соответственно 6,9 и 20,1.

Действительно, у рассматриваемого пациента, страдающего простатитом и сопутствующей АГ, индикатор S в положении лежа оказался равным S=6,9, а в положении стоя этот индикатор увеличился до S=20,1, что превышало показатели в норме (2,7 и 9,3 соответственно). В том случае, если у пациента был простатит без АГ, наблюдали меньшие значения S, чем у пациентов с параллельным течением АГ. Например, у репрезентативного пациента D20240817ГАА (рис. 5) с простатитом без сопутствующей АГ значения индикатора S для простаты в положении лежа и стоя оказались равными 2,4 и 1,8 соответственно, что существенно меньше приведенных выше значений для пациента 20240507ЛЕВ с простатитом и АГ.

Рис. 5. Репрезентативные лепестковые диаграммы активности АНС в тазовом регионе у пациента D20240817ГАА, страдающего простатитом без сопутствующей артериальной гипертонии.

а — запись R1: 30-80 с в положении лежа; б — запись R2: 20—120 с при ортопробе. Индикаторы S в положении лежа и стоя равны, соответственно 2,4 и 1,8.

Характерной особенностью у обследованных пациентов была особая форма ЛД, отличавшаяся резко увеличенными радиальными лепестками, отображавшими некоторые параметры (см. рис. 4). Характерно, что параметры, связанные со спектральным пиком M, увеличивались больше других как при ортопробе у здоровых испытуемых (см. рис. 3, б), так и у обследованных пациентов в положениях лежа и стоя (см. рис. 4). Отметим, что при подавлении активности СС лепестковые диаграммы отличаются понижением индикатора S. Эта особенность открывает возможность контролировать влияние терапии на активность СС. Учитывая, что параметры ЛД выбраны таким образом, что их увеличение соответствует не только росту активности СС, но и снижению активности ПСС, предложенные ЛД можно применять и для оценки влияния терапии на активность ПСС. При этом усиление активности ПСС отобразится снижением индикатора S ниже нормы.

Для наглядной оценки активности ПСС представляется целесообразным разработать ЛД с параметрами, обратными тем, которые применены в настоящем исследовании. Тот вид ЛД, который представлен в настоящем исследовании, наилучшим образом подходит для отображения активности СС.

Ранее нами была установлена связь повышенной электрической активности в тазовом регионе у мужчин [1] с нейрогенной аритмией. В нашем исследовании у большинства пациентов с вегетативными расстройствами и/или простатитом (более 80%) была повышена активность СС в тазовом регионе, определяемая по участкам записей без вспышек электрической активности. При этом у 8 из 39 пациентов обнаружили вспышки электрической активности, синхронные с эпизодами нарушения ритма и проводимости сердца. Этот факт свидетельствует о необходимости суточного одновременного мониторинга ЭКГ и электрической активности в тазовом регионе с целью выявления эпизодов нейрогенных аритмий. Важно обратить внимание на то, что некоторые формы вегетативных расстройств непосредственно связывают с внезапной сердечной смертью [12]. Кроме того, известно, что у пациентов с раком предстательной железы распространенность гипертонии значительно выше, хотя этиология этого явления до конца не выяснена [13]. Одним из возможных объяснений этого феномена может быть корреляция развития рака предстательной железы и хронического простатита [14], который, в свою очередь, может развиваться одновременно с артериальной гипертонией. Косвенно это также объясняется значимыми гендерными различиями, поскольку распространенность АГ выше среди мужчин [15]. Стоит отметить, что при хронических простатитах наибольшее распространение получило лечение с применением α-адреноблокаторов, которые непосредственно снижают симпатическую и повышают парасимпатическую активность, влияя на симпато-парасимпатический баланс в тазовом регионе. Предположительно, аналогичная реакция может возникать и в почках. Такую возможность следует проверить с помощью гармонического анализа электрической активности в околопочечных поясничных регионах.

Таким образом, повышенная электрическая активность в тазовом регионе является фактором риска и свидетельствует о необходимости исследования как однородных фрагментов этой активности с помощью гармонического анализа, так и поиска эпизодов взрывной электрической активности с помощью длительного мониторинга. Дополнительные исследования АНС при заболеваниях органов малого таза и АГ могут уточнить этиологию и генез развития гипертонии, в том числе и ее рефрактерных вариантов.

В ходе многочисленных исследований разных лет была выявлена высокая распространенность в популяции коморбидного течения АГ и хронической болезни почек [16]. Предварительные данные показали, что измерение активности АНС на основе гармонического анализа сигналов из околопочечных поясничных регионов способно выявить аномально высокую активность СС у пациентов с артериальной гипертонией, что указывает на возможность расширения применений этого метода как для анализа текущего статуса пациентов с повышенным артериальным давлением, так и для оценки эффективности их лечения терапевтическими и хирургическими методами.

Разработанный в настоящем исследовании метод количественной оценки электрической активности в тазовом регионе мужчин на основе гармонического анализа может стать удобным способом уточнения нейрогенного характера нарушения ритма и проводимости сердца. Не вызывает сомнения то, что наряду с широко распространенным методом анализа вариабельности сердечного ритма новый метод может стать важным дополнительным инструментом оценки активности АНС, в том числе при различных патологиях сердечно-сосудистой системы.

Заключение

Новый метод неинвазивной оценки местной активности АНС с помощью гармонического анализа электрических сигналов в тазовом регионе мужчин в области простаты расширяет арсенал методов изучения АНС в фундаментальной физиологии и медицине.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: С.В. Ревенко, Е.Г. Попов, И.Ю. Гаврилов

Сбор и обработка материала: А.Д. Макаров, А.В. Просвирнин, Е.Е. Попов, Т.А. Фролова, Е.В. Лимонов

Статистическая обработка: Е.В. Лимонов, А.В. Воршев, С.И. Рябов

Написание текста: С.В. Ревенко, И.Ю. Гаврилов, А.Д. Макаров

Редактирование: А.Д. Макаров, Е.Г. Попов, И.Л. Митькова

Благодарность. Авторы выражают признательность профессорам В.В. Ермишкину, О.С. Медведеву, О.А. Сиваковой за содержательные дискуссии.

Источник финансирования. Работа выполнена в рамках государственного задания Минздрава России №124013000811-9.

Funding source. The research was carried out within the state assignment of Ministry of Health of the Russian Federation No. 124013000811-9.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.