Способ оценки функционального состояния сердца на основании анализа электрокардиограммы

Название	Способ оценки функционального состояния сердца на основании анализа электрокардиограммы
Разработчик (Авторы)	Воробьев Леонид Владимирович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2635775
Дата регистрации	11.05.2016
Правообладатель	Воробьев Леонид Владимирович
Область применения (класс МПК)	A61B 5/0402 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к медицине, в частности к способам оценки функционального состояния сердца на основании анализа электрокардиограммы (ЭКГ) по должному интервалу P-Q, корригированному по частоте сердечных сокращений (ЧСС), и может быть использована в кардиологии, педиатрии, функциональной диагностике, спортивной медицине и при врачебном контроле для раннего диагностирования и предупреждения развития патологии AV соединения у взрослых и детей всех возрастных групп.

Одной из актуальных задач в кардиологии является раннее обнаружение начальных форм нарушений в работе AV соединения в здоровом сердце, т.к. соматическая патология сердца характеризуется, как правило, длительным периодом доклинической стадии ее формирования. В настоящее время оценку работы AV соединения осуществляют на основании результатов анализа ЭКГ по длительности интервала P-Q и руководствуются общей нормой от 120 мс до 200 мс без учета взаимосвязи с фактической ЧСС. При этом к проявлениям нарушений в сердечной деятельности относят показания за пределами этого диапазона. Применение столь широкого диапазона общей нормы для интервала P-Q, отражающего электрическую систолу предсердий, практически исключает возможность диагностирования начальных этапов развития патологии AV соединения. Вместе с тем для объективной оценки интервала Q-T, отражающего электрическую систолу желудочков, в настоящее время пользуются корригированным (с поправкой на ЧСС) должным интервалом Q-T (Q-Tc), который определяют по формуле Базетта. Однако время общей систолы сердца состоит из времени систолы желудочков и систолы предсердий с паузой между ними. Исходя из физиологии сокращения сердца применение аналогичного методологического подхода, учитывающего поправку на ЧСС, уместно также для объективной оценки интервала P-Q. Известно, что интервал P-Q формирует не два процесса - сокращение предсердий (зубец Р) и время проведения импульса в желудочки (сегмент P-Q), а один процесс - проведение импульса из синусового узла в AV узел и затем в желудочки. На этот единый процесс накладывается фаза сокращения предсердий, скрывая работу проводящей системы, где две трети ее продолжительности составляет AV соединение. Функции AV соединения многогранны, но основная заключается в регуляции работы камер сердца и разведении систолы предсердий и желудочков во времени. Продолжительность проведения импульса в желудочки также меняется в зависимости от ЧСС. В связи с этим объективная оценка фактического интервала P-Q при анализе ЭКГ должна осуществляться с учетом корригирования по конкретной ЧСС. Однако в методологии анализа ЭКГ до настоящего времени отсутствует простой и доступный способ определения фактической длительности интервала P-Q, корригированного по величине ЧСС, который позволяет выявлять начальные этапы развития патологии AV соединения, проявляющиеся в виде относительного ускорения-замедления AV проводимости. Вместе с тем раннее выявление проявлений нарушений в работе AV соединения позволяет предпринимать своевременные меры профилактического порядка для предупреждения развития патологии.

Известен способ оценки функционального состояния сердца на основании анализа ЭКГ (патент RU №2558973, А61В 5/0402, дата публикации 10.08.2015), заключающийся в регистрации посредством кардиографа ЭКГ обследуемого пациента в состояниях покоя и после физической нагрузки, определении посредством аппаратных и программных средств амплитудно-временных параметров соответствующих кардиологических циклов, включая интервалы R-R, Q-T и P-Q, и сравнении длительности интервалов, входящих в интервал R-R. Результаты ЭКГ используют для построения кардиоинтервалограмм (КИГ), на основании которых определяют количество ритмических волн с амплитудой от 0,05 до 0,1 с и количество сердечных циклов, составляющих каждую такую ритмическую волну. На кардиоинтервалограмме, зарегистрированной после физической нагрузки, определяют момент начала первой ритмической волны с амплитудой от 0,05 до 0,1 с и на основе регистрации этого момента производят оценку функционального состояния предсердия и желудочка. При этом оценку функционального состояния предсердия определяют по количеству сердечных циклов до первой ритмической волны в интервале Q-P, а функционального состояния желудочков - по количеству сердечных циклов до первой ритмической волны в интервале T-Q. Способ используют для оценки реакции сердечно-сосудистой системы на физическую нагрузку.

Способ осуществляют следующим образом.

У пациента в состоянии покоя и в положении сидя посредством кардиографа снимают ЭКГ в стандартных отведениях со скоростью 25 см/мин на протяжении 30-120 кардиологических циклов. Вторую ЭКГ аналогично снимают после функциональной пробы, например, в виде 20-ти приседаний в течение 30 с. По общепринятой методике посредством аппаратных и программных средств измеряют длительность интервалов P-Q, Q-T, Q-P и T-Q и рассчитывают время длительности каждого из вышеуказанных интервалов для обеих ЭКГ - в состоянии покоя и после физической нагрузки, что соответствует времени электрической систолы и диастолы предсердия и желудочка и сердечного цикла для каждого из состояний пациента.

На основании вышеуказанных вычислений строят КИГ, отражающие изменение длительности каждого из упомянутых интервалов ЭКГ на протяжении 30-120 сердечных циклов для состояний покоя и после физической нагрузки, определяют количество ритмических волн с амплитудой от 0,05 до 0,1 с и подсчитывают количество сердечных циклов, составляющих каждую такую ритмическую волну. Далее на КИГ, построенной по показаниям после физической нагрузки, определяют момент начала первой ритмической волны с амплитудой 0,05-0,1 с, которая по длительности является волной в покое и позволяет судить о начале восстановления работы сердца после перенесенной физической нагрузки и переходе к состоянию покоя. Оценку реакции сердечно-сосудистой системы на физическую нагрузку осуществляют с применением разработанной нормативной таблицы, в которой функциональное состояние предсердия определяют по количеству сердечных циклов до первой ритмической волны в интервале Q-P, а оценку функционального состояния желудочков определяют по количеству сердечных циклов до первой ритмической волны в интервале T-Q. Таким образом, способ позволяет раздельно оценить функциональное состояние предсердий и желудочков сердца пациента за счет раздельного анализа длительности электрической систолы и диастолы в состояниях покоя и после перенесенной физической нагрузки.

Недостатками известного способа являются:

- сложность осуществления, связанная с большим количеством вычислительных операций для оценки функционального состояния сердца, что существенно удорожает и усложняет его использование на практике;

- ограниченная область применения, обусловленная невозможностью использования для выполнения самоконтроля пациентами и врачебного контроля состояния здоровья населения в процессе диспансеризации.

Известен способ оценки функционального состояния сердца на основании анализа ЭКГ (патент RU №2180187, А61В 5/02, А61В 5/0402, А61В 5/0452, дата публикации 10.03.2002), заключающийся в регистрации посредством кардиографа ЭКГ обследуемого пациента в состояниях покоя и после физической нагрузки и определении посредством аппаратных и программных средств фактической ЧСС и амплитудно-временных параметров кардиологических циклов, включающих фактические интервалы R-R, Q-T и P-Q. Далее выполняют анализ амплитудно-временных показателей кардиологических циклов, включающих в интервале P-Q площадь зубца P_s, длину сегмента P-Q и депрессию ΔST сегмента S-T. Индекс дисфункции левого желудочка IDLV вычисляют по формуле:

,

где ЧСС₂ - частота сердечных сокращений после физической нагрузки.

Отрицательной динамикой считают увеличение IDLV индекса. В основу способа заложена корреляционная зависимость между возникновением транзиторного увеличения зубца Р на ЭКГ в момент развития ишемии при нагрузке и транзиторным снижением сократительной способности миокарда левого желудочка - его острой ишемической дисфункцией. Способ используют для определения предельной физической нагрузки для сердечно-сосудистой системы на основании ЭКГ-диагностики ишемической дисфункции левого желудочка.

Способ позволяет при ранней диагностике выявлять предвестники или начало развития дисфункции левого желудочка и может использоваться при проведении диагностических нагрузочных проб для выделения группы риска среди пациентов с ишемической болезнью сердца, а также для оценки адекватности нагрузок во время физических тренировок, широко применяемых в процессе реабилитации больных после инфаркта миокарда и после операции коронарного шунтирования. Расчет индекса IDLV возможно проводить автоматически, встроив формулу в программу обработки ЭКГ Холтеровского монитора.

Недостатком известного способа является ограниченная область применения, обусловленная выявлением нарушений функционального состояния сердца, связанных только с проявлениями ишемической дисфункции левого желудочка.

Известен способ оценки функционального состояния сердца на основании анализа ЭКГ (патент UA №54185, А61В 5/0452, А61В 5/02, G06N 5/00, дата публикации 25.10.2010), заключающийся в регистрации посредством кардиографа ЭКГ обследуемого пациента и определении посредством аппаратных и программных средств фактической ЧСС и 10-ти амплитудно-временных параметров кардиологических циклов, нормированных по ЧСС, включающих, в том числе, фактические интервалы R-R, Q-T и P-Q.

Регистрацию ЭКГ осуществляют не менее чем в 20-ти кардиоциклах в состояниях покоя, максимальной нагрузки и после окончания периода реституции пациента. Далее вычисляют средние величины фактической ЧСС и упомянутых параметров кардиологических циклов, зарегистрированных в каждом из состояний пациента, и определяют отношение их средних величин для этих состояний, после чего оценивают физиологическое состояние пациента по трехзначной шкале: низкое, среднее и высокое. При последующей оценке в качестве критериев принимают соотношения средних величин параметров, вычисленных для следующих состояний пациента: «максимальная нагрузка/состояние покоя» и «максимальная нагрузка/после окончания периода реституции». Для соотношения «максимальная нагрузка/состояние покоя» в качестве показателя низкой ступени физиологической цены возрастания нагрузки принята величина меньше 0,8, а в качестве показателей средней и высокой ступеней - соотношения, в которых величина хотя бы одного из показателей находится, соответственно, в диапазоне 0,8-1,2 и больше 1,2. Для соотношения «максимальная нагрузка/после окончания периода реституции» в качестве показателя низкой ступени физиологической цены уменьшения нагрузки принята величина больше 1,2, а в качестве показателей средней и высокой ступеней - соотношения, в которых величина хотя бы одного из показателей находится, соответственно, в диапазоне 0,8-1,2 и меньше 0,8. Степень физиологической цены нагрузки признают низкой, если оба расчетных соотношения являются низкими, а средней и высокой - если хотя бы одно из соотношений является средним или высоким, соответственно. Способ используют для оценки физиологической цены психоэмоциональной или физической нагрузки.

Способ осуществляют следующим образом.

Поочередно в состояниях покоя, максимальной нагрузки и после окончания периода реституции у пациента в первом отведении посредством кардиографа снимают ЭКГ на протяжении не менее 20-ти кардиологических циклов с регистрацией и записью в память персонального компьютера фактической ЧСС и 10-ти амплитудно-временных параметров кардиологических циклов. Далее для трех состояний пациента по общепринятой методике посредством аппаратных и программных средств вычисляют средние значения ЧСС и амплитудно-временных параметров, включающие Q_a, R_a, S_a, Т_а - амплитуды зубцов Q, R, S, Т, R/S - отношение амплитуды зубца R к амплитуде зубца S, Q_T, QRS_T, PQ_T, QT_T - длительность зубца Q, комплекс QRS, интервалы P-Q и Q-T, T_сим - симметрия зубца Т. Указанные параметры, кроме симметрии зубца Т, оценивают в соответствии со стандартными методами, принятыми в электрокардиографии. Симметрию зубца Т определяют в соответствии с методом анализа ЭКГ в фазовом пространстве. После этого для трех разных состояний пациента вычисляют отношения средних величин упомянутых параметров, нормированных на ЧСС, и оценивают его физиологическое состояние по трехзначной шкале: низкое, среднее и высокое. В качестве показателей этих состояний принимают вышеуказанные величины, полученные для соотношений «максимальная нагрузка/состояние покоя» и «максимальная нагрузка/после окончания периода реституции». Заключение о степени физиологической цены нагрузки (низкая, средняя или высокая) используют в спортивной медицине и медицине труда для управления интенсивностью нагрузки с целью оптимизации тренировочного процесса или для определения допускаемого уровня нагрузки в разных производственных условиях.

Недостатками известного способа являются:

- недостаточная клиническая информативность из-за невозможности его корреляции с причинами возможных функциональных расстройств сердечно-сосудистой системы;

- сложность осуществления, связанная с большим количеством регистрируемых параметров в кардиологических циклах и вычислительных операций для оценки функционального состояния сердца, что существенно удорожает и усложняет его использование на практике;

- ограниченная область применения, обусловленная невозможностью использования для выполнения самоконтроля пациентами и контроля состояния здоровья населения в процессе диспансеризации.

Таким образом, известные способы не позволяют в полной мере учитывать состояние внутрисердечной гемодинамики и осуществлять диагностирование начальных этапов развития патологии AV соединения.

Задачей изобретения является усовершенствование способа оценки функционального состояния сердца на основании анализа ЭКГ, обеспечивающего выявление при ЭКГ-контроле начальных форм нарушений в работе AV соединения посредством определения должного интервала P-Q, корригированного по ЧСС. При этом усовершенствованный способ должен сочетать клиническую информативность с простотой и широкой доступностью, позволяющей применять его при самоконтроле и врачебном контроле взрослых и детей всех возрастных групп.

Технический результат от реализации этой задачи заключается в существенном упрощении осуществления способа за счет использования небольшого количества стандартных амплитудно-временных параметров кардиологических циклов на ЭКГ и применения простой методологии вычислений диагностического критерия для раннего обнаружения начальных форм нарушений в работе AV соединения.

Поставленная задача решается тем, что в способе оценки функционального состояния сердца на основании анализа ЭКГ, заключающемся в регистрации посредством кардиографа ЭКГ обследуемого пациента и определении посредством аппаратных и программных средств фактической частоты сердечных сокращений (ЧСС) и амплитудно-временных параметров кардиологических циклов, включающих фактические интервалы R-R, Q-T и P-Q, согласно изобретению на основании величин фактических интервалов R-R, Q-T и P-Q для фактической ЧСС посредством аппаратных и программных средств последовательно вычисляют величины должных интервалов Q-T_c и P-Q_c, сопоставляют величины фактического P-Q и должного P-Q_c интервалов между собой и по отклонению между их величинами производят оценку функционального состояния AV соединения.

при этом величину должного интервала P-Q_c вычисляют по формуле:

где 0,3 - физиологическая константа AV проводимости в общей систоле сердца.

Предпочтительно, чтобы величина должного интервала Q-T_c вычислялась по формуле Базетта:

где k - коэффициент, величина которого составляет 0,37 для мужчин и детей, 0,40 - для женщин;

R-R - временной параметр фактического интервала R-R, мс.

Предпочтительно, также, чтобы в качестве нормы диагностического критерия функционального состояния AV соединения принималось отклонение величины должного интервала P-Q_c от величины фактического интервала P-Q не более чем на 10%.

Заявляемый способ заключается в том, что посредством кардиографа регистрируют исходную ЭКГ обследуемого пациента и посредством аппаратных и программных средств определяют фактическую ЧСС и стандартные параметры соответствующих кардиологических циклов, включающие интервалы R-R, Q-T и P-Q. Далее на основании величин фактических интервалов R-R, Q-T и P-Q для фактической ЧСС посредством аппаратных и программных средств по вышеприведенным формулам последовательно вычисляют величины должных интервалов Q-T_c и P-Q_c, сопоставляют величины фактического P-Q и должного P-Q_c интервалов между собой и по отклонению между их величинами производят оценку функционального состояния AV соединения. При этом в качестве нормы диагностического критерия функционального состояния AV соединения принимают отклонение величины должного интервала P-Q_c от величины фактического интервала P-Q не более чем на 10%.

Сущность заявляемого способа поясняется представленными чертежами, где на фиг. 1 показана ЭКГ электрической систолы сердца; на фиг. 2 - таблица с результатами проверки на ЭКГ соотношения интервала P-Q в общей систоле сердца; на фиг. 3 - фрагмент фактической ЭКГ с нормальной работой AV соединения (пример 1); на фиг. 4 - то же, с нарушением работы AV соединения - ускорение AV проводимости (пример 2); на фиг. 5 - то же, с нарушением работы AV соединения - ускорение AV проводимости (пример 3); на фиг. 6 - то же, с нарушением работы AV соединения - замедление AV проводимости (пример 4); на фиг. 7 - таблица с расчетными величинами должного интервала P-Q, корригированного по ЧСС.

Физиологический процесс работы сердца на ЭКГ отображается в виде электрической систолы сердца, занимающей отрезок ЭКГ от начала зубца Р до окончания зубца Т (фиг. 1). Сокращение желудочков представлено на ЭКГ отрезком в виде комплекса QRS-Т, а сокращение предсердий - зубцом Р. Между зубцом Р и комплексом QRS-T расположен сегмент PQ, отражающий паузу между сокращениями желудочков и предсердий. Общая продолжительность систолы сердца состоит из времени систолы желудочков, систолы предсердий и паузы между ними. Если принять продолжительность систолы сердца за 100%, то время систолы желудочков (комплекс QRS-T) составляет 70% от ее величины, а время систолы предсердий с паузой (интервал P-Q) составляет 30%. При этом общая продолжительность систолы сердца и отдельных ее звеньев меняются в зависимости от ЧСС и поэтому важным элементом при анализе ЭКГ является приведение общего норматива к его должному значению для конкретной ЧСС. Должное время систолы желудочков (комплекс QRS-T) для конкретной ЧСС определяют по разным зависимостям, наиболее распространенной из которых является формула Базетта с различными ее модификациями. Таким образом, зная должную величину времени систолы желудочков, корригированную для конкретной ЧСС, и его процентное соотношение с продолжительностью систолы сердца, можно определить должное значение времени всей систолы сердца, а на основании полученного результата рассчитать величину систолы предсердий и паузы (интервал P-Q) для этой же ЧСС.

Правомерность использования процентного соотношения времени интервала P-Q к продолжительности общей систолы сердца в норме и в патологии проверена по результатам анализа представительной выборки ЭКГ, включающей ЭКГ с нарушениями работы AV соединения в виде ускорения-замедления AV проводимости (табл. 2). Упомянутое процентное соотношение представлено индексом в виде отношения P-Q/P-T. Результаты проверки показали, что при нормальной работе AV соединения доля интервала P-Q в общей систоле сердца составляет 30% и не зависит от изменения ЧСС. При ускорении проведения импульса в желудочки сердца доля интервала P-Q в общей систоле сердца уменьшается в среднем до 26%, а при замедлении проводимости - повышается в среднем до 36%. Таким образом, индекс P-Q/P-T обладает необходимой информативностью при оценке функционального состояния AV соединения.

В качестве нормы диагностического критерия функционального состояния AV соединения принимается отклонение величины должного интервала P-Q_c от величины фактического интервала P-Q не более чем на 10%. Отклонение более чем на 10% должно расцениваться как относительное ускорение-замедление AV проводимости. Выделение относительно укороченного интервала P-Q связано с наличием в нем риска нарушения ритма при тахикардии, т.к. если в группе лиц с абсолютно укороченным интервалом P-Q риск нарушения ритма при тахикардии встречается в 78,9% случаев, то в группе с относительно укороченным интервалом P-Q он встречается почти у половины - в 41,5%. Другая форма патологии работы AV соединения проявляется в виде замедления проводимости импульса в желудочки сердца и на ЭКГ она регистрируется с удлинением интервала P-Q.

Заявляемый способ позволяет с достаточной клинической информативностью определять функциональное состояние AV соединения, в т.ч. в рамках общей нормы интервала P-Q, составляющей от 120 до 200 мс, и своевременно выявлять начальные этапы развития патологии AV соединения, проявляющиеся в виде относительного ускорения-замедления AV проводимости. Методологическая простота осуществления заявляемого способа позволяет рекомендовать его для использования в кардиологии, педиатрии, функциональной диагностике, спортивной медицине и при врачебном контроле для раннего диагностирования и предупреждения развития патологии AV соединения у взрослых и детей всех возрастных групп.

Формула изобретения

1. Способ оценки функционального состояния сердца на основании анализа электрокардиограммы (ЭКГ), заключающийся в регистрации посредством кардиографа ЭКГ обследуемого пациента и определении посредством аппаратных и программных средств фактической частоты сердечных сокращений (ЧСС) и амплитудно-временных параметров кардиологических циклов, включающих фактические интервалы R-R, Q-T и P-Q, отличающийся тем, что на основании величин фактических интервалов R-R, Q-T и P-Q для фактической ЧСС посредством аппаратных и программных средств последовательно вычисляют величины должных интервалов Q-T_c и P-Q_c, сопоставляют величины фактического P-Q и должного P-Q_c интервалов между собой и по отклонению между их величинами производят оценку функционального состояния AV соединения, при этом величину должного интервала P-Q_c вычисляют по формуле:

где 0,3 - физиологическая константа AV проводимости в общей систоле сердца.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величину должного интервала Q-T_c вычисляют по формуле Базетта

где k - коэффициент, величина которого составляет 0,37 для мужчин и детей, 0,40 - для женщин;

R-R - временной параметр фактического интервала R-R, мс.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нормы функционального состояния AV соединения принимают отклонение величины должного интервала P-Q_c от величины фактического интервала P-Q не более чем на 10%.

Изобретение "Способ оценки функционального состояния сердца на основании анализа электрокардиограммы" (Воробьев Леонид Владимирович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога