Спосіб оцінки функціонального стану експериментальних тварин на основі аналізу варіабельності серцевого ритму

Спосіб оцінки функціонального стану експериментальних тварин на основі аналізу варіабельності серцевого ритму, при якому проводять реєстрацію кардіоінтервалів та здійснюють спектральний аналіз варіабельності серцевого ритму, який відрізняється тим, що додатково проводять статистичний аналіз варіабельності серцевого ритму, застосовують кореляційну ритмографію та варіаційну пульсометрію. UA (11) (21) u200702660 (22) 13.03.2007 (24) 25.01.2008 (72) ГЖЕГОЦЬКИЙ МЕЧИСЛАВ РОМАНОВИЧ, UA, СТОРЧУН ЄВГЕН ВОЛОДИМИРОВИЧ, UA, ПАНІНА ЛЮБОВ ВОЛОДИМИРІВНА, UA, КОВАЛЬЧУК СВІТЛАНА МИКОЛАЇВНА, UA, КЛЕС ОКСАНА ВОЛОДИМИРІВНА, UA, ТЕРЛЕЦЬКА ОКСАНА ІВАНІВНА, UA, ПЕТРИШИН ЮРІЙ СТЕПАНОВИЧ, UA, МИСАКОВЕЦЬ ОЛЕКСІЙ ГРИГОРОВИЧ, UA (73) ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ДАНИЛА ГАЛИЦЬКОГО, UA (56) Баевский Р.М., Клецкин М.Н., Кирилов О.И. / Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе - М.: Наука, 1984. - 221 с. Баевский Р.М., Иванов Г.Г., Чирейкин Л.В. и др. / Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиологических систем // Уральский кардиологический журнал, 2002. - №1 Артеменко И. А., Мещеряков В. И. / Анализ вариабельности сердечного ритма / Одесская государственная академия холода .-31.07.2006 Попов В.В., Фрицше Л.Н. Вариабельность сердечного ритма: возможности применения в физиологии и клинической медицине.-Український медичний часопис. - №2(52). - ІІІ/ІV 2006. - с.24-31 Березный Е.А. Корреляционная ритмография при исследовании и лечении больных мерцательной аритмией // Кардиология. - 1981. - N 5. - С. 94-96. U 2 (19) 1 3 ності серцевого ритму людей, він не дозволяє провести експериментальні дослідження на лабораторних тваринах з використанням запропонованих параметрів, зважаючи на велику різницю у частоті серцевих скорочень. Методи аналізу ВСР застосовуються в різноманітних областях прикладної фізіології та клінічної медицини і з кожним роком сфера їх використання продовжує розширюватись. Існує можливість дослідження варіабельності серцевого ритму не тільки у людей, але й у тварин з використанням аналізу ВСР. Відомий спосіб оцінки функціонального стану експериментальних тварин, який є найближчим аналогом, передбачає реєстрацію кардіоінтервалів та дослідження ВСР з використанням методу спектрального аналізу [2]. Результати досліджень ВСР, проведених у експериментальних тварин, зокрема щурів, володіють особливою діагностичною та прогностичною значимістю, однак для оцінки функціонального стану цих тварин застосування лише спектрального аналізу є недостатнім, особливо при використанні аналізу ВСР у ненаркотизованих особин та реєстрації кардіоінтервалограми неінвазивним способом. В основі корисної моделі поставлено завдання розширити арсенал способів аналізу ВСР з метою підвищення ефективності та точності діагностики функціонального стану організму експериментальних тварин, зокрема щурів. Поставлене завдання досягається тим, що у способі оцінки функціонального стану експериментальних тварин на основі аналізу ВСР, при якому проводять реєстрацію кардіоінтервалів та здійснюють спектральний аналіз ВСР, згідно з корисною моделлю, додатково проводять статистичний аналіз ВСР, застосовують кореляційну ритмографію та варіаційну пульсометрію. Реалізація запропонованого комплексного підходу при аналізі ВСР дозволяє більш детально провести оцінку функціонального стану тварин за умов дії різноманітних надзвичайних подразників. Так, застосування спектрального аналізу ВСР дозволяє виявити різні частотні складові коливань ритму серця і представити їх графічно. Застосування статистичного аналізу проводиться з метою безпосередньої кількісної оцінки ВСР у досліджуваний проміжок часу. Суть застосування варіаційної пульсометри полягає у дослідженні розподілу кардіоінтервалів як випадкових величин. Кореляційна ригмографія (скатерографія) проводиться з метою графічного відображення послідовних пар кардіоінтервалів у двохвимірній площині координат. Цей спосіб оцінки ВСР відноситься до методів нелінійного аналізу і вважається особливо корисним у випадках, коли на фоні монотонності ритму зустрічаються порушення - ектопічні скорочення. Слід зазначити, що при аритміях, які супроводять різноманітні стресові впливи, метод спектрального аналізу вважається малоінформативним, тоді проводять оцінку кореляційної ритмограми. Запропонована корисна модель ілюструється малюнками: на Фіг.1-2 на основі аналізу ВСР зображено приклади реєстрації кардіоінтервалограми, де на Фіг.1 - контрольної тварини, на Фіг.2 29596 4 дослідної тварини (за умов нітритної інтоксикації), на осі абсцис - порядковий номер фрагменту записаної кардіоінтервалограми, на осі ординат - тривалість кардіоінтервалів у секундах (с); на Фіг.3-4 приклади реєстрації кореляційної ритмограми, де на Фіг.3 -контрольної тварини, на Фіг.4 - дослідної тварини, коли відстань від центру сукупності точок на бісектрисі до початку осей координат відповідає найбільш очікуваній тривалості кардіоінтервалів, поданій на осі абсцис та на осі ординат у секундах (с); на Фіг.5-6 - приклади реєстрації варіаційної пульсограми, де на Фіг.5 - контрольної тварини, на Фіг.6 - дослідної тварини, на осі абсцис - найчастіше реєстроване в даному динамічному ряді значення тривалості кардіоінтервалів у секундах (с), на осі ординат - кількість кардіоінтервалів; на Фіг.7-8 - приклади реєстрації спектрограми, де на Фіг.7 - контрольної тварини, на Фіг.8 - дослідної тварини, на осі абсцис - частотний діапазон у герцах (Гц), на осі ординат - спектральна потужність (у с2) в межах заданого частотного діапазону. Спосіб виконують таким чином. Щурів іммобілізують в універсальній камері з плексигласу. Для експериментального неінвазивного визначення тривалості серцевого циклу у тварин використовують фотоплетизмографічний перетворювач, що кріпиться біля основи хвоста тварини і в якому фотодіод та джерело світла знаходяться в одній площині. Фотоплетизмографічний перетворювач приєднують до швидкодіючого реєструючого приладу і проводять запис кардіоінтервалограми. Визначення тривалості кардіоінтервалів (AverVallnterv) здійснюють з використанням програмного забезпечення та швидкодіючого реєструючого пристрою. При цьому проводиться: побудова динамічних рядів кардіоінтервалів у вигляді кардіоінтервалограми, аналіз динамічних рядів кардіоінтервалів та оцінка результатів аналізу ВСР. Аналіз ВСР здійснюють спектральним, статистичним методами, а також застосовують кореляційну ритмографію та варіаційну пульсометрію, на основі яких проводять оцінку функціонального стану експериментальних тварин, зокрема щурів. Статистичні параметри динамічного ряду кардіоінтервалів включають: SDNN, RMSSD, CV. Зокрема, стандартне відхилення повного масиву кардіоінтервалів (SDNN) характеризує сумарний ефект автономної регуляції кровообігу; квадратний корінь із суми різниць послідовного ряду кардіоінтервалів (RMSSD) свідчить про активність парасимпатичної ланки автономної регуляції; коефіцієнт варіації повного масиву кардіоінтервалів (CV) нормований показник сумарного ефекту регуляції. Параметрами варіаційної пульсометри є: різниця між максимальним і мінімальним значеннями кардіоінтервалів (MxDMn) -максимальна амплітуда регуляторних впливів; мода (Мо) - найбільш ймовірний рівень функціонування серцево-судинної системи; амплітуда моди (АМо) -умовний показник активності симпатичної ланки регуляції; стрес індекс або індекс напруження регуляторних систем (SI) - ступінь переважання активності центральних механізмів регуляції над автономними. Застосування спектрального аналізу дозволяє характеризувати такі параметри, як: сумарна потужність спе 5 29596 ктру ВСР у с2 (ТР) - сумарний абсолютний рівень активності регуляторних систем; індекс централізації (IС) - ступінь централізації управління ритмом серця (переважання активності центрального контуру регуляції над автономним) [1]. З метою коректного відтворення отриманих результатів досліджень, проведених на лабораторних тваринах (білих щурах), аналіз ВСР здійснено з використанням наступних спектральних компонентів у даних частотних діапазонах: Low Frequency - LF - (0,015 6 0,25)Гц, Mid Frequency - MF - (0,25-0,75)Гц, High Frequency - HF - (0,75-3,0)Гц. При даному розподілі частотних діапазонів HF є характеристикою рівня активності парасимпатичної ланки регуляції; MF - симпатичного модулюючого впливу на кардіоваскулярну систему; LF пов'язані із рівнем активності вазомоторного центру [2]. Комплекс застосованих нами параметрів ВСР наведено у таблиці 1. та на Фіг.1, 3, 5, 7. Таблиця 1. Основні показники серцевого ритму контрольної тварини Параметри AverVallnterv : SDNN: CV: RMSSD: Mo: АМо: MxDMn: SI: LF: MF: HF: TP: IС: MF/HF: LF/HF: Експериментально було підтверджено, що зміни зазначених спектральних компонентів, як і інших показників варіабельності серцевого ритму, є інформативними критеріями оцінки функціонального стану експериментальних тварин, зокрема щурів, за умов різноманітних стресових впливів, а саме, гіпоксії, інтоксикації організму, радіаційного впливу та ін. Зокрема, на Фіг.2, 4, 6, 8 та у таблиці 2 наведено приклади 5-ти хвилинних записів ВСР експериментальних тварин (щурів) за умов інтоксикації типовим метгемоглобіноутворювачем нітритом натрію. Цей прогіпоксичний препарат вводили доочеревно у дозі 2мг/100г маси тіла. Дослідження проводили через 1год після введення препарату. Відзначене нами характерне зниження потужності LF, а також підвищення MF та HF, у порівнянні з вихідним контрольним рівнем, у значній мірі пов'язане як з розвитком гіпоксичного ураження функціонуючих структур, так і з початковими стадіями інтоксикації організму. Такі зміни спектральних компонентів мають своє пояснення з фізіологічної точки зору. Так, гіпоксія, що супроводжується зміною хімічного складу крові, призводить до виникнення серцево-судинних та дихальних рефлексів, спрямованих на нормалізацію складу крові та підтримання гомеостазу організму. Зареєстро Величини 0.165415с 362.72уд/хв 0.006497с 3.93% 0.005671с 0.16с 60.50% 0.187-0.142=0.045с 4201.71 0.009866с^2 45.34% 0.005568с^2 25.59% 0.006328с^2 29.08% 0.021762 с^2 1.205710 0.8800 1.5592 ване за умов гіпоксії збільшення частоти серцевих скорочень, у порівнянні з вихідним контрольним рівнем, переважно відбувається при сильній гіпервентиляції, спричиненій стимуляцією хеморецепторів судин. На це вказує збільшення частоти коливань в діапазоні HF. Потужність хвиль у цьому діапазоні в основному пов'язана з дихальними рухами та відображає вагусний контроль серцевого ритму - коливання парасимпатичного відділу автономної нервової системи. Серед інших показників варіабельності серцевого ритму, приріст яких закономірно відбувається за даних умов, інформативними у цьому відношенні критеріями оцінки зазначених функціональних змін організму слугують такі величини, як SDNN, що з фізіологічної точки зору пов'язують із сумарним ефектом автономної регуляції кровообігу; CV - коефіцієнт варіації повного масиву інтервалів пульсу; RMSSD показник, що характеризує активність парасимпатичної ланки автономної регуляції; SI - стрес індекс, що відображає ступінь напруження регуляторних систем; ТР - сумарна потужність спектру ВСР; ІС - індекс централізації, що характеризує ступінь централізації управління ритмом серця. Зазначені типові величини дослідної тварини з нітритною інтоксикацією наведені у таблиці 2. 7 29596 8 Таблиця 2. Основні показники серцевого ритму дослідної тварини Параметри AverVallnterv : SDNN : CV: RMSSD : Mo: AMo: MxDMn: SI: LF: MF: HF: TP: IС: MF/HF: LF/HF: Таким чином, запропонований спосіб аналізу варіабельності серцевого ритму, в основі якого поставлено завдання розширити арсенал методів аналізу, дозволяє підвищити ефективність та точність діагностики функціонального стану організму експериментальних тварин, зокрема щурів. Джерела інформації: 1. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиогра Величини 0,123008с 487,77уд/хв 0,024951с 20,28% 0,030903с 0,12с 38,29% 0,288-0,101=0,187с 853,16 10,128231с^221,70% 0,238415с^240,35% 0,224256с^237,95% 0,590901с^2 3,608110 1,0631 0,5718 фических систем (методические рекомендации) /P.M. Баевский, Г.Г.Иванов, Л.В.Чирейкин и др. //Вестник аритмологии. - 2001. - №24. - С.65-87. 2. Power spectra of arterial pressure and heart rate in streptozotocin-induced diabetes in rats /RJr.Fazan, V.J.D.da Silva, G.Ballejo, H.C.Salgado //Journal of Hypertension. - 1999. - V. 17, №4. P.489-495. 9 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 29596 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601