Юрков А.Ю.

ФГБУЗ «Клиническая больница №122 им. Л.Г. Соколова» ФМБА России

Бахилин В.М.

ФГБУ «Санкт-Петербургский НИИ уха, горла, носа и речи» Минздрава России

Шустова Т.И.

ФГБУ «Санкт-Петербургский НИИ уха, горла, носа и речи» Минздрава России

Алексеева Н.С.

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Кросскорреляционный анализ связи колебаний сердечного ритма и дыхания в диагностике вегетативных расстройств у больных с функциональной дисфонией по гипотонусному типу

Журнал: Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2020;120(5): 60-66

Просмотров : 298

Загрузок : 5

Как цитировать

Юрков А.Ю., Бахилин В.М., Шустова Т.И., Алексеева Н.С. Кросскорреляционный анализ связи колебаний сердечного ритма и дыхания в диагностике вегетативных расстройств у больных с функциональной дисфонией по гипотонусному типу. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2020;120(5):60-66.
Jurkov AY, Bahilin VM, Shustova TI, Alekseeva NS. A crosscorrelation analysis of fluctuations in heart rate and breathing when diagnosing the autonomic disorders in patients with hypotonic type of functional dysphonia. Zhurnal Nevrologii i Psikhiatrii imeni S.S. Korsakova. 2020;120(5):60-66.
https://doi.org/10.17116/jnevro202012005160

Авторы:

Юрков А.Ю.

ФГБУЗ «Клиническая больница №122 им. Л.Г. Соколова» ФМБА России

Все авторы (4)

Одной из причин гипотонуса голосовых складок является нарушение адаптационно-трофической функции вегетативной нервной системы (ВНС). Функциональная дисфония по гипотонусному типу — это нарушение голоса, которое обусловлено снижением мышечного тонуса голосовых складок и других мышц, участвующих в голосообразовании [1]. Эти состояния относят к парезам голосовых мышц, обозначая их как парез голосовой, поперечной или других мышц [2]. Развитию функциональной дисфонии по гипотонусному типу могут способствовать перенесенные простудные заболевания, большие голосовые нагрузки, гормональные нарушения в организме и психотравмирующие ситуации [3—5]. Кроме того, установлено, что одной из причин дисфонии является гипотонус голосовых связок, вызванный нарушением адаптационно-трофической функции нервной системы. Неадекватная деятельность иннервационных механизмов и особенно ВНС вызывает дистрофию структурных элементов голосовых складок и приводит к нарушению голосообразования [5].

Дисфония вплоть до афонии весьма часто встречается в клинической картине вегетативных нарушений наряду с чувством «кома в горле», сердечной аритмией, учащенным дыханием, нехваткой воздуха, чувством затрудненного вдоха, желанием периодически глубоко вдохнуть.

В связи с этим понятны попытки создать методы объективной оценки функционального состояния ВНС, используя математический анализ ритма дыхания и сердечного ритма — тех показателей, которые доступны для измерения в условиях практической медицины [6, 7]. Методы, позволяющие оценить состояние ВНС с помощью обработки показателей вариабельности сердечного ритма (ВСР), основаны на спектральном анализе ряда RR-интервалов, оценке общей мощности ВСР, составляющих мощности в высоко-, низко- и очень низкочастотных диапазонах (ВЧ, НЧ и ОНЧ соответственно) и их соотношений. В последние десятилетия интенсивно развиваются многоканальные подходы к исследованию ВНС, основанные на обработке одновременной регистрации ЭКГ, колебаний артериального давления, дыхания и других параметров жизнедеятельности человека. Особое внимание уделяется изучению механизмов взаимодействия сердечно-сосудистой и респираторной систем. С точки зрения системного подхода десинхронизация кардиореспираторных отношений является одним из признаков, позволяющих диагностировать состояние предболезни [8, 9].

В последние годы было разработано множество моделей краткосрочного регулирования функций с использованием обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений с задержкой [10]. Большинство из этих моделей довольно сложны, при этом ни одна из них не учитывает все регуляторные механизмы, а основной проблемой остаются адаптация разработанных моделей к клинической практике и их тестирование с использованием клинических данных [11].

Цель настоящей работы — провести кросскорреляционный анализ частоты дыхания и ВСР при диагностике вегетативных расстройств у больных с функциональной дисфонией по гипотонусному типу.

Материал и методы

В группу наблюдения вошли 28 женщин в возрасте от 21 года до 63 лет с функциональной дисфонией по гипотонусному типу. Обследование больных включало анализ анамнестических данных, объективное исследование ЛОР-органов по общепринятым методикам, видео-стробоскопию гортани, определение функционального состояния ВНС.

В процессе обследования пациенток с функциональной дисфонией по гипотонусному типу было выявлено, что 72% из них страдали сопутствующими заболеваниями, в патогенезе которых принимает участие ВНС. К ним относятся гипертоническая болезнь, бронхиальная астма, эндокринные нарушения, дисбактериоз [12, 13]. В ряде случаев сопутствующие заболевания сочетались, при этом некоторые больные отмечали наличие постоянных стрессов. Все пациентки жаловались на быструю утомляемость голоса, часто на ощущение нехватки воздуха, щекотание, першение, ощущение сухости в горле, многие больные отмечали охриплость. Сроки заболевания были разными: от 1 мес до 20 лет.

При видео-стробоскопии гортани ее слизистая оболочка у всех больных была розового цвета, а слизистая оболочка голосовых складок — светло-серого или розового. Голосовая щель имела полуовальную форму по всей длине голосовых складок, амплитуда колебаний была маленькой, но смещение слизистой оболочки по свободному краю голосовых складок хорошо выражено.

Контрольную группу составили 6 здоровых, у которых при видеостробоскопическом осмотре гортани патологических изменений выявлено не было.

Исследование функционального состояния ВНС проводили натощак в 10 ч, соблюдая условия полного комфорта. В качестве исходных данных использованы одновременные записи ЭКГ и дыхания.

Метод кросскорреляционного анализа частоты дыхания и ВЧ составляющей ВСР был предложен В.М. Бахилиным [14].

Обработка данных исследования ВНС включала:

— автоматическое выделение QRS-комплексов и формирование ряда временных интервалов между соседними сердечными ударами — ВСР;

— автоматический контроль рассчитанного ряда и коррекция ошибок выделения QRS-комплексов и эктопических ударов с помощью специально разработанной программы;

— расчет квадратного корня из среднего арифметического значения квадрата разности длительностей последовательных нормальных интервалов RR (RMSSD); общей мощности спектра ВСР; мощностей ОНЧ, НЧ и ВЧ; отношения НЧ к ВЧ и относительных мощностей ОНЧ, НЧ и ВЧ в процентах к общей мощности;

— формирование двух синхронизированных во времени рядов измерений, состоящее в том, что соответственно каждому моменту времени Ti, в котором идентифицировалась вершина Ri i-го QRS-комплекса (i=2, 3, …, N), сопоставлялись Ri-1Ri-интервал — i-й элемент ряда RR, и измерение сигнала дыхания в момент Ti — RESPi — i-й элемент ряда дыхания;

— построение графиков временных рядов RR и RESP;

— построение авто- и кроссковариационных функций первых разностей (ВЧ-составляющих) рядов RR и RESP, их анализ и расчет коэффициентов Rc (максимальных по модулю значений кроссковариационных функций);

— построение на одном графике периодограмм рядов RR и RESP и их анализ.

Упорядочивающим фактором рядов был принят номер RR-интервала. При построении корреляционных функций аргумент (сдвиг) был представлен сердечными ударами, а ось абсцисс частотных характеристик была проградуирована в «циклах на сердечный удар» (c/b). При построении спектров дыхания последняя шкала отражает отношение синхронизации. Коэффициенты корреляции вычисляли как максимальные по модулю значения кроссковариационной функции. Таким образом, при статистическом анализе полных записей рядов ВСР и дыхания использованы кросс- и автокорреляционные функции, а также функции спектральных плотностей. Использован метод оценки значимости различий средних значений исследованных параметров по t-критерию Стьюдента.

Результаты

Результаты расчетов RMSSD, общей мощности спектра ВСР, мощности ОНЧ, НЧ и ВЧ, отношения НЧ/ВЧ, относительных мощностей ОНЧ, НЧ и ВЧ в процентах к общей мощности и коэффициентов корреляций высокочастотных составляющих ВСР и дыхания (Rc) представлены в таблице. Согласно расчетам по критерию Стьюдента, группы значимо различались только по трем параметрам: коэффициенту корреляции Rc (p=0,004), отношению НЧ/ВЧ (p=0,01) и частоте сердечных сокращений — ЧСС (р=0,02).

Сравнение показателей сердечного ритма и дыхания

Группа

ЧСС (уд/мин)

RMSSD (мс)

Rc

RRcov (мс2)

ОНЧ (мс2)

НЧ (мс2)

ВЧ (мс2)

НЧ/ВЧ

ОНЧ (%)

НЧ (%)

ВЧ (%)

Основная (n=28)

72,8±11,9

34,6±19,2

0,60±0,18

1878±1428

640±520

517±457

661±803

1,57±1,45

38±17

30±11

28±16

Контрольная (n=6)

65,5±6,2

54,0±47,9

0,72±0,06

4549±6511

1567±2340

735±568

2132±3473

0,8±0,47

36±13

24±10

37±13

Значение теста Стьюдента

0,02

0,19

0,004

0,18

0,19

0,21

0,17

0,01

0,41

0,13

0,09

Коэффициент корреляции Rc оценивает меру подобия ВЧ-составляющей ВСР и кривой дыхания. Rc принимает значение 1, если можно подобрать такой (возможно, отрицательный) коэффициент k и такой интервал времени t, что при умножении на k значений кривой дыхания и сдвиге этой кривой относительно кривой ВСР на t обе кривые в ВЧ-диапазоне полностью совпадут. У здоровых молодых и среднего возраста людей значения Rc лежат в пределах от 0,7 до 0,9 (рис. 1, а), и такие колебания ВСР, визуально подобные колебаниям дыхания, называют синусовой дыхательной аритмией. При значениях Rc<0,7 ВСР, помимо синусовой дыхательной аритмии, содержит частотные составляющие, не связанные с дыханием (см. рис. 1, б, в).

Рис. 1. Фрагменты записей ВСР и дыхания: а) здорового; б) пациентки группы 1; в) пациентки группы 3; г) пациентки группы 3.

Рассчитаны также коэффициенты корреляции между рядами Rc и RRcov (общая мощность ВСР), LF (мощность ВСР в LF диапазоне), HF (мощность ВСР в HF диапазоне) и RMSSD: коэффициенты корреляции между Rc и перечисленными параметрами равны 0,3. Таким образом, Rc практически не связан с мощностью ВСР, но отражает взаимосвязь ритмов дыхания и сердцебиения.

Все больные с функциональной дисфонией по гипотонусному типу в зависимости от значений коэффициента корреляции Rc были разделены на три группы. В 1-ю группу с высокими коэффициентами корреляции (Rc>0,7) вошли 9 человек. В качестве примера на рис. 1, б представлены графики ритмограммы и дыхания больной Ш., на которых визуально заметна высокая корреляция ВСР и дыхания. У 6 больных этой группы функциональное состояние ВНС характеризовалось эйтонией, гипореактивностью и недостаточным вегетативным обеспечением деятельности (ВОД), а у 3 — гипотонией, сниженной вегетативной реактивностью и недостаточным ВОД.

Во 2-ю группу вошли 13 больных, у которых коэффициенты корреляции Rc находились в пределах от 0,7 до 0,5. Функциональное состояние ВНС у 8 больных характеризовалось эйтонией, гипореактивностью и недостаточным ВОД, у 5 — гипотонией, недостаточным ВОД.

В 3-ю группу были включены 6 больных, у которых коэффициенты корреляции между колебаниями ВСР и дыханием имели значения менее 0,5. На рис. 1, в представлен фрагмент записи ВСР и дыхания больной Ж., 63 лет. На ритмограмме видны множественные пики перемежающихся RR-интервалов, корреляцию между колебаниями ВСР и дыхания усмотреть трудно. У 3 пациенток при исследовании функционального состояния ВНС отмечены эйтония, нормальная вегетативная реактивность и адекватное ВОД. Еще у 3 — гипертония и недостаточное ВОД за счет сниженной вегетативной реактивности.

Следует отметить, что у пациенток с неадекватным ВОД традиционное консервативное лечение (вливание в гортань растительного масла с адреналином и курс фонопедических упражнений) оказалось малоэффективным.

Предельный случай нарушения связи сердечно-сосудистой и дыхательной систем с практически нулевым коэффициентом корреляции можно видеть на записи больной Ю., 42 лет (рис. 1, г). На графике видны перемежающиеся RR-интервалы, создающие колебания сердечного ритма предельной частоты (частоты Найквиста — в цифровой обработке сигналов частота, равная 1/2 частоты дискретизации) — 0,5 c/b (период — 2 сердечных удара, 0,72 Гц при ЧСС=87 уд/мин). Колебания дыхания имели другую частоту — около 0,13 c/b (0,14 Гц при ЧСС=87 уд/мин). При этом классические параметры, такие как RMSSD и общая мощность колебаний ВСР, не отличались от нормы. Важно отметить, что у 3 больных 3-й группы в анамнезе отмечены невротические расстройства, при этом наблюдали повышенный вегетативный тонус, гипореактивность и недостаточное ВОД.

Статистическая обработка временных рядов ВСР и дыхания

Фрагменты записей, приведенные на рис. 1, наглядно представляют изменения ВСР у больных функциональной дисфонией по сравнению с ВСР у здоровых добровольцев.

Для демонстрации статистических функций на рис. 2 выбраны обработки записей 4 пациенток. В верхнем ряду рис. 2 представлены кросскорреляционные функции рядов ВСР и дыхания. Кросскорреляционная функция больной Ш. с вегетативной эйтонией по форме и максимальному абсолютному значению (0,77) не отличается от множества таких же функций здоровых людей: колебательная с экстремумом вблизи нулевого аргумента, слабозатухающая в обе стороны. Такая функция свидетельствует о том, что ВСР и дыхание в среднем представляют почти периодические процессы с совпадающими периодами колебаний. Статистические функции больных В. и Н. представляют данные больных с вегетативной дистонией. Статистические функции больной Ю. показывают, что при нормальных значениях RMSSD и общей мощности ВСР значения мощностей в НЧ- и ВЧ-диапазонах близки к нулю (соизмеримы с ошибками измерений и вычислений), большая часть мощности спектра ВСР сосредоточена на частоте 0,5 c/b, а кросскорреляционная функция принимает значения в пределах 0,00—0,08.

Рис. 2. Статистические функции ВСР и дыхания.

Коэффициенты корреляции (Rc) в большей мере характеризуют форму синусовой дыхательной аритмии и ее связь с формой колебаний дыхания. Они дают дополнительную информацию о вегетативном тонусе. При высоких значениях Rc вегетативный тонус является оптимальным или сниженным, при низких (<0,5) — оптимальным или повышенным. Rc, стремящийся к нулю, при нормальных показателях общей мощности ВСР свидетельствует о том, что мощность ВСР сосредоточена на частоте, превышающей частоту дыхания, и при отсутствии синусовой дыхательной аритмии ВСР может генерироваться. Физиологические механизмы формирования синусовой дыхательной аритмии неизвестны до настоящего времени, активно дискутируются две концепции — центральная и барорецепторная, однако во всех моделях формирования синусовой дыхательной аритмии существенная роль отводится ВНС [15, 16].

Таким образом, кросскорреляционный анализ ВСР и дыхания у больных с функциональной дисфонией по гипотонусному типу является одним из количественных методов диагностики вегетативных расстройств и позволяет надежно выявлять пациентов с вегетативной дистонией. При этом необходимо помнить, что наличие в ВСР высокочастотных (>0,4 Гц) колебаний, не связанных с дыханием, может привести к завышенным показаниям RMSSD.

Полученные данные могут быть использованы при диагностике вегетативных расстройств и позволяют включать в схему лечения больных с функциональной дисфонией по гипотонусному типу мероприятия по коррекции состояния ВНС.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail