Основными методами коррекции нарушений всех видов обмена

ЭФФЕКТИВНОСТЬ БИОУПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ
ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ПРИ ЗАБОЛЕВАНИИ
САХАРНЫМ ДИАБЕТОМ
Поскотинова Л.В., Кривоногова Е.В., Демин Д.Б.
Учреждение Российской академии наук Институт физиологии природных
адаптаций Уральского отделения РАН, г.Архангельск
[email protected]
Введение.
Основными методами коррекции нарушений всех видов обмена при
сахарном диабете и осложнений, в основе которых лежат микро- и
макроангиопатии,
остаются
фармакологические.
Однако
имеются
убедительные данные о возможности коррекции степени выраженности
гликемии у больных сахарным диабетом методом биоуправления
физиологическими параметрами. Так, после серии сеансов биоуправления
миографическими и кожно-термическими показателями у больных сахарным
диабетом 2-го типа значимо снижались средние уровни глюкозы в крови,
уровень гликозилированного гемоглобина, артериального давления [14, 16].
Представляется важным для врача воздействовать на всю систему
психонейровегетативной регуляции пациента с использованием механизмов
биологической обратной связи – БОС [2, 9]. Этот метод с успехом используется
не только в режиме мониторинга, но и в тестовом режиме (однократно), что
позволяет определить уровень функциональных резервов саморегуляции как у
здоровых [3, 4, 6, 7], так и у больных лиц [17, 18].
Использование интегративных параметров вариабельности сердечного
ритма (ВСР) в качестве управляемых параметров достаточно перспективно с
позиции анализа динамики нейровегетативных процессов, управляющих
водителем ритма сердца [13]. Проведение сеансов биоуправления с целью
увеличения общей мощности вариабельности ритма способствует улучшению
клинического прогноза для больных с поражением коронарных артерий [12].
Использование показателя общей мощности спектра ВСР в качестве
управляемого параметра при биоуправлении перспективно, так как данный
параметр изначально менее ассоциирован с внутренними ощущениями у
человека, чем, например, частота сердечных сокращений. Поэтому человек на
первых этапах вынужден ориентироваться именно на предъявляемый параметр
подкрепления, а не на собственные ощущения (релаксация). Это позволяет
исследователю минимально попадать в поле действия отрицательной
парадигмы БОС-обучения [19]. Кроме того, для нас важен фактор когнитивной
деятельности с участием высших корковых функций, который выражен именно
при поиске оптимальной стратегии оперантного поведения, что отличает
данный подход от пробы с управляемым дыханием на фиксированных
частотах.
Таким образом, цель данного исследования заключалась в выявлении
особенностей вегетативной регуляции ритма сердца у больных сахарным
диабетом 2 типа при повышении общей вариабельности ритма сердца с
использованием принципа биологической обратной связи.
Материалы и методы исследования.
Обследовано 30 женщин с диагностированным сахарным диабетом 2 типа
легкой и средней степени тяжести со стажем заболевания от 1 до 10 лет, в
стадии субкомпенсации и декомпенсации на момент исследования, средний
возраст 52,4 ± 7,4 лет (I группа) без инсулинотерапии. Вторую группу (II
группа) составили лица без нарушений углеводного обмена (22 женщины,
средний возраст 49,5±5,18 лет) с признаками гипертонической болезни 1-2
стадии, риск осложнений 2-3. Критерии исключения - выраженные нарушения
проводимости миокарда (блокады, эктопические очаги активности) и
осложнения гипертонической болезни (острый коронарный синдром,
нарушения кровообращения внутренних органов, головного мозга, сердечнососудистая недостаточность и др.), низкие значения индекса напряжения
регуляторных систем по данным фоновой кардиоритмограммы (ниже 60
усл.ед.). В каждой группе были выделены подгруппы в зависимости от
эффективности БОС-тренинга (подгруппы 1 и 2).
Оценивали параметры артериального давления (АД) с помощью прибора
A&D (Япония) и вариабельности сердечного ритма (ВСР) с помощью прибора
«Варикард» (ООО «Рамена», г. Рязань). Изучаемые показатели [1]:
- индекс напряжения регуляторных систем – ИН (ИН = АМо / 2Мо × MxRMn,
где АМо% – амплитуда моды, Мо – мода, MxDMn – вариационный размах
значений RR в динамическом ряду) как показатель симпатической активности,
- SDNN, мс – стандартное отклонение длительности кардиоинтервалов как
отражение дыхательных (вагусных) влияний на ритм сердца на коротких
записях [1];
- TP, мс2 – общая мощность спектра колебаний длительности кардиоинтервалов
(Total Power);
- HF, % – мощность колебаний в диапазоне высоких частот (High Frequency;
0,15 - 0,50 Гц) как показатель дыхательных (вагусных) влияний на ритм сердца;
- LF, % – мощность колебаний в диапазоне низких частот (Low Frequency; 0,04 0,15 Гц) как показатель барорефлекторной активности;
- VLF, % – мощность колебаний в диапазоне очень низких частот (Very Low
Frequency; 0,015 - 0,04 Гц) как показатель влияний надсегментарного уровня
вегетативной регуляции на ритм сердца;
- VLF/HF – степень преобладания влияний надсегментарного уровня над
вагусными на ритм сердца;
- частота максимального пика мощности спектра ВСР, Гц
- ТРБОС/фон, % - прирост значения ТР при БОС-тренинге по отношению к
фоновому значению в процентах;
- частота дыхательных циклов в минуту (дых/мин).
Цель предъявляемого задания [7] была в усилении общей вариабельности
ритма сердца, что являлось отражением возрастания влияния вагусной
активности. Для этого использовали управляемый параметр ТР. Предлагалась
стратегия свободного поиска, которая могла включать изменение частоты и
глубины дыхания, мышечную релаксацию и позитивные мысленные
представления. Соотношение данных подходов пациент определял
самостоятельно во время сеанса. Человек визуально отслеживал график и
цифровую динамику ТР и стремился к повышению данного показателя. Сессия
состояла из регистрации 5-минутных записей – фон, БОС, заключительный фон
(после БОС). В случаях минимальных изменений показателя ТР, когда вагусная
и симпатическая виды активности были достаточно выражены, критерием
эффективности БОС-тренинга являлось итоговое увеличение показателя ТР в
сочетании со снижением ИН в сравнении с фоновыми значениями.
Статистическую обработку результатов проводили с помощью
программы Statistica 5.5 (Stat Soft. USA) с использованием медианы (Ме),
перцентильного размаха в диапазоне 25% и 75% значений выборки и
непараметрических критериев сравнения - Манна-Уитни (для независимых
выборок) и Вилкоксона (для зависимых выборок). Уровни статистической
значимости учитывали при p<0,05. Коэффициент корреляции вычисляли по
критерию Спирмена и учитывали значения коэффициентов при p< 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение.
Анализ фоновых значений ВСР и АД выявил достаточно высокий
уровень симпатических влияний на ритм сердца на фоне дефицита вагусной
активности в группе лиц с заболеванием сахарным диабетом (табл.1). Так,
суммарная мощность спектра ВСР составила у лиц данной группы в среднем
529,81 мс2 на фоне высокого ИН - 415,69 усл.ед. Вклад сверхнизкочастотной
части спектра ВСР (VLF) в данной группе максимальный; уровни VLF и
VLF/HF также значимо выше, чем в группе сравнения. Данная особенность
распределения спектральных составляющих в структуре ВСР соответствует
концепции возрастания гуморально-метаболических факторов сердечнососудистой регуляции при нарушении обмена веществ [10,11].
Из 30 пациентов сахарным диабетом 23 человека выполнили задание
успешно – по окончании сеанса у них произошло увеличение суммарной
мощности спектра ВСР и снижение ИН (1 подгруппа) – табл.2. У 7 человек
БОС-тренинг был неэффективным – пациентам не удалось выработать
стратегию на усиление суммарной мощности спектра ВСР. При этом
показатель ТР практически не изменился или уменьшился на фоне увеличения
ИН (2 подгруппа).
В результате БОС-тренинга наряду с усилением суммарной мощности
спектра ВСР в 1 подгруппе у лиц с сахарным диабетом снизились показатели
артериального давления, значимо увеличился параметр SDNN и снизился ИН,
что свидетельствует о повышении вагусных влияний на ритм сердца. В данной
подгруппе показатель ТР повышался от 5 до 400% относительно исходного
уровня. Показатель ТРБОС/фон в подгруппе с эффективным БОС-тренингом
составил в среднем 166,45 (133,84;229,11) %. Частота сердечных сокращений
при этом имела лишь тенденцию к снижению относительно фонового значения.
При БОС-тренинге пациенты часто стремились замедлить частоту дыхания.
Таблица 1
Показатели сердечно-сосудистой системы у лиц I и II групп (Ме (25%;75%))
Показатели ВСР
I группа (сахарный
II группа (группа
диабет), n=22
сравнения), n=30
ТР, мс2
529,81 (231,60;855,33) * 1091,07 (585,26;1469,03)
SDNN, мс
23,07 (16,55;32,65) **
36,80 (25,52;43,31)
HF,%
21,87 (13,62;40,88)
38,70 (19,57;57,35)
LF,%
37,42 (34,04;43,57)
39,21 (22,98;45,22)
VLF, %
38,74 (23,94;43,95) **
23,54 (17,88;30,63)
VLF/HF
1,68 (0,57;3,15) *
0,59 (0,41;1,46)
ИН, усл.ед.
415,69 (183,00;784,49)* 168,91 (100,44;408,74)
ЧД, дых/мин
16,30 (14,10;18,00)
16,35 (11,70;18,45)
ЧСС, уд/мин
71,69 (64,00;79,33)
68,63 (62,49;74,19)
САД, мм.рт.ст.
141,00 (126,50;158,00)
129,00 (117,00;150,00)
ДАД, мм.рт.ст.
98,00 (89,50;105,00)
98,00 (83,00;108,00)
Примечание: * - между значениями в группах.
Это отразилось на распределении спектральных показателей –
выраженное снижение HF-составляющей спектра ВСР, что свидетельствует о
смещении частотного пика, отражающего дыхательную активность, в
низкочастотную часть спектра [5]. Есть мнение, что при частоте дыхания 6
циклов в минуту (0,1 Гц) происходит максимальная активизация
барорефлекторной деятельности и усиление общей вегетативной реактивности
[15]. В нашем исследовании у лиц без признаков сахарного диабета (II группа)
при БОС-тренинге ЧД в подгруппе 1 составила 9,00 (6,60;10,20) дых/мин при
ТРБОС/фон – 208,70 (167,13;267,34)%. Иначе говоря, стремление к определенной
частоте дыхания в данном случае не было основным условием эффективности
биоуправления.
Выявлено, что оперантное повышение общей вегетативной активности у
больных сахарным диабетом было успешным при исходно низкой таковой
активности. Так, фоновые значения ТР, SDNN у лиц подгруппы 1 были значимо
ниже, чем в подгруппе 2.
Можно было бы просто подтвердить значимость исходного вегетативного
тонуса при ожидании эффективности биоуправлении параметрами частоты
сердечных сокращений [9]. Однако выявлены различия зависимости прироста
показателя ТР к фоновому значению в I и II группах. Как было сказано ранее,
показатель ТРБОС/фон в 1 подгруппе лиц без углеводных нарушений составил
208,7 (167,13;267,34)%, что статистически идентично с таковым показателем в
аналогичной подгруппе лиц с сахарным диабетом - 166,45 (133,84;229,11) %,
несмотря на то, что фоновые показатели вагусной активности были в II группе
значительно выше, чем в I группе (табл.1). Также в II группе нет статистически
значимой зависимости ТР БОС/фон от фоновых показателей ВСР, в то время как в
I группе есть значимая зависимость ТР БОС/фон от ИН (r=0,55), ТР (r= - 0,64) и
SDNN (r= - 0,59). То есть диапазон изменчивости вегетативных, в том числе и
вагусных механизмов при оптимальном углеводном обмене значимо шире, чем
при длительной гипергликемии, когда эффективность оперантного повышения
таковой активности ограничивается лишь диапазоном исходно низких ее
значений на фоне выраженной симпатикотонии. По-видимому, это обусловлено
нарушениями центральных механизмов вегетативной регуляции, что
подтверждается высоким уровнем вклада VLF-составляющей в спектре ВСР у
больных диабетом. Известно, что реализация эффекта биоуправления частотой
сердечных сокращений зависит от активности регуляторных зон мозга, в
первую очередь гипоталамуса, миндалины, ретикулярной формации [цит.по 9].
По-видимому, напряжение эрготропных систем вегетативной регуляции [11]
отражает также и снижение функциональных резервов подкорковых центров,
реализующих биологическую обратную связь. Тогда при определенном уровне
вегетативной активности наступает ее стабилизация, что ограничивает
«раскачивание» вегетативной системы при оперантном поведении, когда
неизбежно усиление не только вагусных, но и симпатических механизмов на
периферии [9].
В литературе отражены исследования, показывающие физиологическую
значимость частоты максимальной мощности в спектре ВСР [8]. Поэтому с
целью выявления значимости доминирующих частот в спектре ВСР в
отношении эффективности оперантного повышения общей вегетативной
реактивности и вагусных влияний на ритм сердца проведен анализ
распределения больных сахарным диабетом с частотами с максимальной
мощностью в спектре ВСР в фоне и при БОС-тренинге. Установлено, что у
больных сахарным диабетом в подгруппе с эффективным БОС-тренингом у
большинства лиц (у 18 из 23) доминирующая частота была в диапазоне ниже
0,04 Гц, что еще раз подчеркивает значимую роль гуморально-метаболических
факторов в регуляции сердечного ритма при данном виде патологии. У 3
человек данная частота была в диапазоне 0,21-0,28 Гц, а у 2 человек – 0,04-0,05
Гц. При эффективном биоуправлении у 9 человек доминирующие частоты
были в диапазоне 0,015-0,022 Гц, а у остальных 14 человек – в диапазоне 0,060,132 Гц. В случаях неэффективного БОС-тренинга у людей также
доминировали преимущественно фоновые частоты ниже 0,04 Гц (у 5 из 7
человек), а при биоуправлении эти частоты становятся преимущественно выше
данного порога – у 5 человек в диапазоне 0,06-0,13 Гц, а у 2 человек – 0,03-0,02
Гц.
Таким образом, не выявлена значимая зависимость как эффективности
биоуправления, так и степени прироста суммарной мощности ВСР от исходной
доминирующей частоты в спектре ВСР. Стоит отметить, что у лиц, которых
максимально была выражена частота 0,1 Гц при частоте дыхания 6 циклов в
минуту (5 человек) при БОС-тренинге, показатель ТРБОС/фон не отличался от
такового у других лиц, у которых доминирующие частоты были других
уровней. Полученные данные свидетельствуют о более вариабельной частотной
«настройке» вегетативной системы при оперантном поведении, возможно,
обусловленное влиянием не только барорефлекторных механизмов (как при
управляемом дыхании на фиксированных частотах), но и влиянием высших
центров нейровегетативной регуляции, связанных с когнитивными функциями.
Нельзя исключить и нейровегетативные нарушения, характерные для данной
патологии, и многовариантность этих нарушений может отражаться и в
разнообразии формирующихся доминирующих частот в спектре ВСР.
Заключение.
Проведение сеанса биоуправления параметрами вариабельности
сердечного ритма способствует усилению общей вегетативной реактивности в
среднем в 1,7 раза и повышению вагусных влияний на ритм сердца, что
способствует оптимизации вегетативного баланса у больных сахарным
диабетом. Однако нейровегетативные нарушения, формирующиеся при данном
заболевании, могут ограничивать адекватную реактивность вегетативной
системы при первом сеансе биоуправления; наибольший эффект данной
процедуры возможен у лиц с исходно высоким симпатическим тонусом.
Увеличение суммарной мощности спектра ВСР у лиц с исходно выраженной
доминантной частотой в сверхнизкочастотном диапазоне ВСР возможно при
сохранении частоты в данном диапазоне при процедуре БОС-тренинга, а также
при смещении данной частоты в область низких частот, преимущественно в
диапазоне 0,06-0,13 Гц. Усиление вагусных влияний на ритм сердца,
опосредованное через увеличение суммарной мощности спектра ВСР,
реализуется через активизацию барорефлекторных механизмов, а также
активизацию когнитивных процессов, направленных на выработку
индивидуальной эффективной стратегии биоуправления.
Работа поддержана Программой РАН «Фундаментальные наукимедицине».
Список литературы.
1. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных
электрокардиографических систем (часть 1) / Р.М. Баевский, Г.Г. Иванов, Л.В.
Чирейкин и др. // Вестник аритмологии – 2002 - №24 – С.65-87
2. Биоуправление в клинической практике / Штарк М. Б., Павленко С. С., Скок
А. Б., Шубина О. С. // Неврологический журнал. – 2000. – Т. 5, № 4. – С. 52-56.
3. Дёмин Д.Б. Оценка биоэлектрической активности головного мозга у
подростков и молодых лиц при адаптивном биоуправлении параметрами
вариабельности сердечного ритма / Д.Б. Дёмин, Л.В. Поскотинова, Е.В.
Кривоногова // Вестник новых медицинских технологий – 2009 - №1 – С.208210
4. Кривоногова Е.В. Эффективность функционального биоуправления
вегетативными параметрами и биоэлектрическая активность головного мозга у
лиц подросткового возраста / Е.В. Кривоногова, Л.В. Поскотинова, Д.Б. Дёмин
// Экология человека – 2009. – № 12. – С. 39-42.
5. Михайлов В.М. Вариабельность ритма сердца: опыт практического
применения / В.М. Михайлов – Иваново:Иван.гос.мед.академия, 2002 – 290 с.
6. Нейро- и психофизиологические эффекты однократного сеанса обратной
связи по ЭЭГ / Д.Г. Губкина, С.-А. Мадяр, Е.Э. Ковалевская и др. // Ученые
записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. –
2007. – Т. 20 (59), № 4. – С. 30-33.
7. Патент – 2317771 РФ, МПК A61B5/0452. Способ коррекции вегетативных
дисбалансов с помощью комплекса для обработки кардиоинтервалограмм и
анализа вариабельности сердечного ритма “Варикард 2.51”, работающего под
управлением компьютерной программы ISCIM 6.1 (BUILD 2.8), с
использованием биологической обратной связи / Л.В. Поскотинова, Ю.Н.
Семенов; Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН. – №
2006110652/14; Заяв. 03.04. 2006; Опубл. 27.02.2008. – Бюлл. № 6.
8. Рагозин А.Н. Информативность спектральных показателей вариабельности
сердечного ритма // Вестник аритмологии – 2001 - №22 – С.37-40
9. Сороко С.И. Нейрофизиологические и психофизиологические основы
адаптивного биоуправления. / С.И. Сороко, В.В. Трубачев. – СПб:ИЭФБ РАН,
2010 – 607 с.
10.Флейшман А.Н. Четвертый Всероссийский симпозиум «Медленные
колебательные процессы в организме человека» и 2 Школа-семинар по
нелинейной динамике в физиологии и медицине (Новокузнецк, 24-27 мая 2005
г.) / А.Н. Флейшман // Физиология человека. – 2006. – Т. 32, № 2. – С. 141-144.
11. Хаспекова Н.Б. Диагностическая информативность мониторирования
вариабельности ритма сердца / Н.Б. Хаспекова // Вестник аритмологии - №32 –
2003 – С.15-23
12.Biofeedback treatment increases heart rate variability in patients with known
coronary artery disease / J.M. Del Pozo, R.N. Gevirtz, B. Scher, E. Guarneri //
American Heart Journal – 2004. – Vol. 147, Issue 3. – P. 545.
13.Biofeedback Treatment for Asthma / Рaul M. Lehrer, Evgeny Vaschillo, Bronya
Vaschillo et al. // Chest – 2004. – Vol.126. – P.352-361
14. Biofeedback-Assisted Relaxation in Type 2 Diabetes / Ronald A. McGinnis,
Angele McGrady, Stephen A. Cox, Kimber A. Grower-Dowling // Diabetes Care –
2005- Vol. 28 № 9 – P. 2145-2149
15. Lehrer P.M. Resonant frequency biofeedback training to increase cardiac
variability: rationale and manual for training /P.M. Lehrer, E. Vaschillo, B. Vaschillo.
// Appl Psychophysiol Biofeedback – 2000 – Vol. 25(3) – P. 177-191.
16. McGrady Angele. The effects of biofeedback in diabetes and essential
hypertension / Angele McGrady // Cleveland Clinic Journal of Medicine – 2010 Vol. 77 Suppl 3 – P.68-71
17. Moser D.K. Voluntary control of vascular tone by using skin-temperature
biofeedback-relaxation in patients with advanced heart failure. / D.K Moser, K.
Dracup, M.A. Woo // Altern. Ther. Health Med. – 1997. – Vol.3, №1. – P.51-59.
18. Peper Erik. Biofeedback an evidence based approach in clinical practice / Erik
Peper, Richard Harvey, Naoki Takabayashi // Japanese Journal of Biofeedback
Research – 2009 - Vol. 36 - № 1 – P. 3-10.
19.Twentyman C.T. Instructed heart rate control in a high heart rate population. /
C.T. Twentyman, P.F. Malloy, A.S. Green //Journal of Behavioral Medicine – 1979 –
Vol.
2(3)
–
P.
251-61.
Таблица 2
Показатели сердечно-сосудистой системы у пациентов с сахарным диабетом (Ме (25%;75%))
Показатели
подгруппа с эффективным БОС-тренингом (1)
подгруппа с неэффективным БОС-тренингом (2)
ВСР
n=23
n=7
фон
БОС
после БОС
фон
БОС
после БОС
2
ТР, мс
455,51
822,88 ***
439,59
1108,25 ##
1054,94
916,20
(153,21;667,24) (424,64;1287,84) (204,91;704,70) (686,00;2093,14)
(426,51;2195,63) (422,26;1341,58)
HF,%
20,48
14,97 **
19,17
26,30
20,30 *
27,77
(13,62;17,67)
(7,29;18,25)
(10,51;27,85)
(10,87;49,92)
(13,57;23,13)
(14,60;32,86)
LF,%
38,29
61,16 ***
36,45
36,21
59,61 *
34,59
(31,73;43,58)
(54,08;71,62)
(25,91;39,53)
(34,30;45,03)
(57,08;75,03)
(31,72;48,53)
VLF,%
39,35
21,99 **
42,51 *
23,94
16,59
34,29
(27,81;43,96)
(13,84;28,80)
(30,66;59,47)
(14,53;53,93)
(9,30;20,07)
(17,86;40,74)
VLF/HF
1,84
1,81
1,90 *
0,77
0,81
1,22
(0,62;3,15)
(0,78;2,50)
(1,17;5,60)
(0,37;5,04)
(0,72;2,05)
(0,64;2,53)
ИН, усл.ед. 478,56
240,56 ***
327,78 *
183,00 #
214,58
189,31
(283,83;1318,06) (117,55;621,77) (236,41;600,99) (96,64;271,68)
(99,529;500,48) (137,79;362,30)
SDNN, мс 22,55
32,46 ***
26,44 **
36,87 ##
38,00
33,74
(15,41;27,19)
(19,25;41,96)
(19,85;31,17)
(30,00;46,11)
(21,99;46,65)
(24,47;41,23)
ЧД,
16,45
6,56 ***
15,35
14,10
9,00 *
11,85
дых/мин
(14,90;18,00)
(5,70;8,00)
(12,80;17,80)
(12,50;17,10)
(6,40;10,30)
(10,00;18,00)
ЧСС,
72,32
68,33
71,50
70,16
70,42
69,97
уд/мин
(61,97;79,76)
(60,38;79,24)
(61,06;80,77)
(65,26;73,17)
(69,17;76,80)
(69,79;70,29)
САД,
140,00
128,00 **
135,00
146,00
130,50
135,00 *
мм.рт.ст.
(129,00;166,00) (122,00;154,00) (127,00;164,00) (124,00;156,00)
(125,00;139,00) (131,00;142,00)
ДАД,
98,00
93,00 **
99,00
96,00
98,00
99,50
мм.рт.ст.
(90,00;104,00)
(84,00;98,00)
(89,00;102,00) (86,00;108,00)
(95,00;102,00)
(98,00;103,00)
Примечание: при p<0,05, p<001, p<0,001 - *,**,*** - в сравнении с фоном в каждой группе и #, ##, ### - между группами
на каждом этапе исследования