БИОФИЗИКА, 2008, том 53, вып.6, c.1109-1124
БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 577.35
СВЯЗЬ МАКСИМАЛЬНОГО ВЕКТОРА QRS С МАССОЙ
МИОКАРДА ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА ПРИ РАЗВИТИИ ГИПЕРТРОФИИ: КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РЕАЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
© 2008 г. О.В. Баум, В.И. Волошин, Л.А. Попов, Г.А. Муромцева*
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142290, Пущино, Московской области; *ФГУ Государственный научно-исследовательский центр профилактической медицины Росмедтехнологии,
101990, Москва, Петроверигский пер., 10 E-mail: baum@iteb.ru Поступила в редакцию 26.06.08 г.
На модели электрической активности сердца показано, что при пропорциональных подобных изменениях размеров сердца и системы Гис-Пуркинье величина пространственного вектора сердца изменяется, в первом приближении при прочих равных условиях, пропорционально росту поверхности желудочков сердца (а не массы миокарда), так как амплитуда электро-кардиосигнала определяется в каждый момент времени площадью деполяризованных участков эпикарда и эндокарда, что соответствует модели двойного слоя по поверхности электрически активного миокарда.
Ключевые слова: математическое и компьютерное моделирование, гипертрофия левого желудочка, амплитуда комплекса QRS, масса миокарда и площадь поверхности левого желудочка.
Заболевания мышцы сердца постоянно находятся в фокусе современной медицинской науки. По данным Государственного научно-исследовательского центра профилактической медицины (ГНИЦПМ), доминирующим фактором риска сердечно-сосудистых заболеваний в России является артериальная гипертензия (АГ) [1,2]. Наиболее характерным поражением сердца при АГ считается гипертрофия миокарда левого желудочка (ГЛЖ), которая сама по себе также является фактором риска и субклиническим органным поражением. Сочетание нескольких факторов риска или факторов риска и органных поражений повышает риск сердечно-сосудистых осложнений, таких как инфаркт миокарда, мозговой инсульт, внезапная смерть
[3].
Выявление гипертрофии миокарда и причин, ее вызывающих, обеспечивает успешность
Сокращения: АГ - артериальная гипертензия, ГЛЖ -гипертрофия миокарда левого желудочка, ЭКГ - электрокардиограмма, ЭКС - электрокардиосигнал(ы), ЭхоКГ -эхокардиограмма, ММЛЖ - масса миокарда левого желудочка, ИММЛЖ - индекс массы миокарда левого желудочка, ЛЖ - левый желудочек, АД - артериальное давление, ПЖ - правый желудочек, ТЗСЛЖ - толщина задней стенки ЛЖ, ТМЖП - толщина межжелудочковой перегородки, КДР - конечно-диастолический размер ЛЖ, ППТ - площадь поверхности тела.
мер по предотвращению прогрессирования артериальной гипертензии и появления ее осложнений. Важно поэтому развивать методы неин-вазивной диагностики гипертрофии миокарда левого желудочка, особенно на ранней стадии заболевания, используя при этом новые знания о биофизике и физиологии сердца.
Для обозначения структурных и геометрических изменений в сердце используется обычно термин «ремоделирование». Изменения геометрии желудочков выявляются, в частности, эхо-кардиографическими методами [4].
Одним из основных неинвазивных методов распознавания и оценки состояния миокарда является также электрокардиография, как в своем штатном использовании [5,6], так и в широком толковании этого метода как изучение паттернов распределения кардиопотенциалов на поверхности торса и их изменений во времени [7]. Информативность этого метода и его возможные резервы определяются тем фактом, что физико-физиологические процессы за время очередного кардиоцикла приводят к соответственным, характерным для нормы и различных патологий, включая гипертрофию миокарда левого желудочка, изменениям формы кривой трансмембранного потенциала действия каждой миокардиальной клетки при последовательном
охвате возбуждением мышцы миокарда. Так что электрокардиограмма (ЭКГ) должна потенциально содержать информацию как о процессах метаболизма миокарда и топографии распространения процесса возбуждения, так и о нарушениях электрофизиологических процессов в патологически измененных отделах сердца [8]. Известно, например, что регрессия ГЛЖ нормализует такие процессы, изменяя при этом и рисунок желудочкового комплекса кардио-цикла (ОЯБТ-комплекс).
Можно считать, что основным методом диагностики ГЛЖ является эхокардиограмма (ЭхоКГ), которая по определению предназначена для получения морфологических параметров сердца. Признаком ГЛЖ является увеличенная масса миокарда левого желудочка (ММЛЖ), которая рассчитывается на основе параметров ЭхоКГ по одной из предложенных эмпирических формул, например по формуле Я. Беуегеих и N. Яе1с11ек [9]. ММЛЖ, отнесенная к площади поверхности тела, используется как «индекс массы миокарда левого желудочка» (ИММЛЖ) в различных версиях алгоритмов ЭхоКГ-диагностики гипертрофии миокарда левого желудочка.
ЭхоКГ, однако, не всегда доступна (ЭхоКГ-приборы имеются далеко не во всех лечебно-профилактических учреждениях) и имеет ряд ограничений (например, относительные ограничения по эхо-доступности для пациентов с ожирением). Более широко в настоящее время используются ЭКГ-методы, хотя в диагностике гипертрофии левого желудочка они значительно уступают по своей чувствительности ЭхоКГ-методам, оставаясь для ГЛЖ высокоспецифичными [10].
В то же время, судя по журнальным публикациям и докладам международных конгрессов по электрокардиологии, публикуемым в международных ежегодниках «Electrocardiology», постоянно ведется поиск новых информативных параметров электрического поля сердца на основе биофизических подходов и представлений об эквивалентном электрическом кардиогене-раторе [7,8,11,12], так что интерес к ЭКГ-методам идентификации ГЛЖ не ослабевает.
Большая часть электрокардиографических алгоритмов, использующихся в настоящее время для диагностики ГЛЖ, основана на количественном анализе амплитудных параметров ЭКГ, в частности, на увеличенной амплитуде комплекса РЯБ в определенных отведениях [13,14]. Например, значимость такого показателя, как вольтажный индекс Соколова-Лайона [13], поддерживается результатами фремингем-ского исследования [15], в котором было ста-
тистически показано, что этот индекс является независимым фактором риска сердечно-сосудистых заболеваний.
При некотором разнообразии взглядов на связь динамики амплитудных параметров ЭКГ с изменением формы и размеров сердца, а также с имеющим место при гипертрофии ЛЖ увеличением массы миокарда, можно все же считать, что общепринятой точкой зрения (которая в общем виде высказывается в публикациях и руководствах по электрокардиологии) остается та, что максимальная амплитуда комплекса ОЯБ (0Я8шах) должна быть пропорциональна, в некотором приближении, массе миокарда левого желудочка [16,17].
Однако в работе [13] и во многих других работах отмечается, что только у сравнительно небольшой части пациентов, объективно имеющих увеличенные размеры левого желудочка, регистрируется амплитуда превышающая
верхнюю границу нормы.
Так как логично принимать ЭхоКГ-диагно-зы за «истину», то при соотнесении ЭКГ-данных с данными ЭхоКГ случаи совпадения диагнозов типа «есть ГЛЖ» по обеим методикам считаются «истинно положительными» (+/+) ЭКГ-диагнозами, а совпадения заключений «нет ГЛЖ» - «истинно отрицательными» (-/-). Случаи (+/-) и (-/+), где первый знак относится к ЭхоКГ, рассматриваются соответственно как «ложноотрицательные» (гиподиагностика) и «ложно положительные» (гипердиагностика) ЭКГ-диагнозы.
В терминах амплитудных параметров лож-ноотрицательный ЭКГ-диагноз означает, что у пациента, объективно страдающего ГЛЖ, измеренное значение 0Я8тах оказывается меньше ожидаемого, исходя из увеличенной массы левого желудочка, и встречается такая ситуация достаточно часто [10]. Так как амплитудные измерения в электрокардиографии (как ручные, так и автоматические) достаточно точны [18], то подобные случаи нельзя, скорее всего, отнести к погрешностям измерения.
В работе [19] дается обзор возможных причин амплитудных изменений комплекса в зависимости от некоторых интра- и экстракар-диальных факторов и влияний, включая гипертрофию и дилатацию желудочков сердца: изменение расстояния регистрирующих электродов от поверхности сердца и изменение положения последнего в грудной клетке, уменьшение степени взаимного погашения дипольных векторов левого и правого желудочков, эффект Броуди [20], влияние электропроводности органов и тканей грудной клетки и др. Суммарное действие этих факторов, которые различны по
своим механизмам, знаку и степени влияния, на результирующую динамику вольтажа QRS при интересующем нас изменении размеров и формы сердца трудно оценить и практически учесть. Заметим, что большинство этих факторов не связано непосредственно с ремоделиро-ванием миокарда желудочков в процессе развития гипертрофии.
Один из возможных в данной ситуации практических подходов к оптимизации алгоритмов диагностики ГЛЖ - это попытка дифференцировать пороговые значения амплитудных ЭКГ-параметров в используемых критериях в зависимости от значения других параметров (например, пола, возраста и т.п.). В качестве примера можно указать работу [21], вызванную проблемой выявления ГЛЖ у пациентов с избыточной массой тела. Улучшение ЭКГ-критериев для таких пациентов представляет интерес в связи с тем, что наличие избыточного веса и ожирения приводит во многих случаях к ухудшению визуализации при использовании ЭхоКГ-методов обследования, а также, в силу упомянутых в работе [19] причин, и к снижению вольтажа при ЭКГ-обследовании. Как было показано в работе [21], информативность ЭКГ-диагностики гипертрофии ЛЖ можно улучшить (увеличить чувствительность при неизменной специфичности), если использовать в группах мужчин и женщин различные вольтажные показатели, аналогичные по структуре показателям Соколова-Лайона [13] и корнельскому индексу [14], раздельно для пациентов с нормальной и избыточной массой тела. Такой подход, использующий только стандартные статистические процедуры с учетом некоторых качественных гипотез, не проясняет, однако, вопрос о механизмах связи амплитудных параметров QRS с массой миокарда левого желудочка.
Другой подход, развиваемый Л.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.