Введение. Изучение механизмов интраоперационной артериальной гипотензии (ИАГ) в процессе спинальной анестезии является актуальной проблемой современной анестезиологии, для решения которой все чаще используется анализ вариабельности ритма сердца (ВРС) [1-3]. Для управления сипатомиметической поддержкой во время анестезии необходимо иметь предварительно выявленные прогностические критерии вероятности развития ИАГ. Одним из методов оценки компенсаторные механизмов сердечно-сосудистой системы и вегетативного обеспечения сосудистого тонуса является активная ортостатическая проба [4-6]. Простота и безопасность этого диагностического теста предполагают его высокую эффективность.
В раках множества различных показателей ВРС спектральные характеристики сердечного ритма представляют наиболее ценную и объективную клиническую информацию о состоянии нейрогуморальной регуляции организма.
Цель. Определить прогностические критерии вероятности развития артериальной гипотонии во время спинальной анестезии при тотальном протезировании тазобедренного сустава на основании анализа результатов спектрального анализа сердечного ритма в динамике ортостатической пробы за 1 сутки до оперативного вмешательства.
Материалы и методы. Проспективное обсервационное клиническое исследование выполнено на материале 44 клинических наблюдений. Все пациенты нуждались в тотальном протезировании тазобедренного сустава в плановом порядке по поводу закрытого перелома шейки бедренной кости (17), двустороннего коксартроза (12) и деформирующего артроза тазобедренного сустава (15).
Субарахноидальная анестезия проводилась в L3-L4 промежутке, иглой 22G и через нее в субарахноидальное пространство вводили иглу 27G. После идентификации субарахноидального пространства вводился раствор Маркаин-спинал хэви 2,0 миллилитра и 1,0 миллилитр 0,005% раствора фентанила. Игла 27G извлекалась и производилась катетеризация эпидурального пространства.
Артериальное давление измерялось неинвазивным осциллографическим методом с помощью полифункционального монитора «MEC 1000». Артериальной гипотонией считалось снижение среднего артериального давления ниже 60. Среднее артериальное давление считалось по формуле: (СД+2*ДД)/3, где СД - систолическое артериальное давление и ДД - диастолическое артериальное давление.Из 44 пациентов в 2 случаях (1 во второй и 1 в третьей группах) выраженные артефакты ЭКГ не позволили выполнить анализ данных ортостатической пробы. Таким образом, с учетом критериев исключения анализ ортостатической пробы выполнен у 42 пациентов.
Клинические наблюдения разделены на 3 группы: 1-я - с отсутствием ИАГ (22 пациента), 2-я (14 пациентов) и 3-я (6 пациентов) группы с отсроченной и ранней ИАГ в срок около 10 мин, соответственно, после субарахноидального введения анестетика. Медианные оценки изменения артериального давления в изучаемых группах представлены на рис. 1.

Рис. 1 Медианные оценки среднего артериального давления в изучаемых группах в динамике воздействия анестетика

Снижение среднего артериального давления в первой и второй группе, в ближайший период после введения анестетика в субарахноидальное пространство, составило до 60 мм.рт.ст, а в третьей группе минимальное снижение АД было ниже 60 мм.рт.ст., вплоть до 46 мм.рт.ст. Распределение наблюдений в исследуемых группах по полу и возрасту представлено в таблице 1.

Таблица 1. Возрастные и половые характеристики в исследуемых группах

По данным дисперсионного анализа (ANOVA) в исследуемых группах не обнаружено различий по возрасту (p=0,66).

Методика проведения ортостатической пробы. Ортостатическая проба проводилась за один день до оперативного вмешательства. Предварительно пациент находился в положении лежа не менее 10 минут. В течение этого времени производили запись трех пятиминутных выборок кардиоинтервалов. Затем пациент самостоятельно вставал. Выборка кардиоинтервалов через 50 секунд после принятия вертикального положения использовалась для анализа.
Методика оценки спектральных характеристик сердечного ритма. Запись ЭКГ осуществлялась при помощи кардиорегистратора «Юлия» (ООО «Найтек», Россия), который обеспечивает регистрацию пятиминутной ЭКГ с разрешением 1000 Гц на карту твердотельной памяти. В дальнейшем после окончания мониторинга производилось программное выделение R-R интервалов, построение кардиоинтервалограммы и оценка ее пригодности для математического анализа. В случае, если артефакты интервалограммы составляли менее 3%, производилась коррекция артефактов. Затем все интервалограммы разбивались на выборки объемом 128 кардиоинтервалов.
Для каждой выборки производился расчет следующих показателей спектра сердечного ритма  (табл.2).

Таблица 2. Перечень изучаемых показателей спектра сердечного ритма

Для расчета перечисленных показателей спектра сердечного ритма использовались международные и российские рекомендации [7, 8]. В наших предварительных исследованиях разработана модель, в соответствии с которой показатели tMax_HF, tMax_LF и tMax_VLF ассоциируются с активностью определенных структур мозга, а сами показатели обозначаюися как главные осцилляторы, соответственно, высокочастотный, низкочастотный и очень низкочастный [9]. Эти показатели измеряются исходя из следующей схемы (рис.2).

Рис.2. Схематическое представление графика распределения мощностей спектра и определения главных осцилляторов.

Примечание: на схеме показан диапазон возможных значений главного высокочастотного осциллятора (tMax_HF)

Для снижения вероятности влияния случайных факторов исходные характеристики спектра сердечного ритма определялись как средние значения в пяти-шести выборках кардиоинтервалов в положени лежа до выполнения ортостатической пробы.
Одной из наиболее сложных задач расчета показателей ВРС является точное определение спектральных характеристик. Метрологическое тестирование нашей программы расчета спектральных характеристик ВРС (в группе с другими коммерческими программами) показало, что наш алгоритм обеспечивает точность оценки параметров ВРС с ошибкой в диапазоне 0,1-1% [10]. Также наша программа расчета показателей ВРС защищена соответствующим сертификатом качества МЗ Украины [11].
Статистический анализ выполнялся с использованием программы Statistica 6.0. В исследовании меры положения описаны средними значениями, а меры рассеяния – стандартным отклонением М (SD). Для оценки принадлежности изучаемых значений в нескольких группах в одной генеральной совокупности использовался дисперсионный анализ (ANOVA). Для оценки различий значений в группах мы использовали международный золотой стандарт представления выборочных данных [12] использовался метод 95% доверительных интервалов в виде сравнительного графического представления меры положения и меры рассеяния изучаемых показателей в исследуемых группах на различных этапах (графики типа «ящик с усами»). К сожалению в отечественной научной литературе этот метод используется крайне редко, поэтому приведем пример подобного графика (рис.3).

Рис.3. Пример представления различий в группах при помощи графиков «ящик с усами».

Примечание: на представленном примере нижний и верхний 95% доверительный интервал сравниваемых выборок не пересекаются, что означает высокий уровень статистической значимости (p<0,05) и очевидный уровень клинической значимости. В целом, такой график представляет новый научный факт.

Для цифровой оценки уровня статистической значимости различий несвязанных выборок использовался критерий Манна-Уитни, для сравнения двух связанных выборок -  критерий Вилкоксона. Уровень p<0,05 принят как статистически значимый.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Наиболее общей характеристикой вариабельности сердечногоритма является дисперсия изучаемого ряда кардиоинтервалов, значение которой соответствует суме мощностей спектра в исследуемых диапазонах. Изменения этого показателя в исследуемых группах представлено на рис. 4.

Рис. 4. Изменения общей мощности спектра сердечного ритма в исследуемых группах при  активной ортопробе.

На представленном графике совершенно очевидна тенденция к увеличению Total_P. В общей выборке среднее значение этого показателя увеличивается с 992 до 2010 мс2 (p=0,005, тест Вилкоксона). То есть, при переходе пациента в вертикальное положение с высоким уровнем вероятности происходит существенное увеличение дисперсии кардиоинтервалов. Эта закономерность статистически и клинически значима для первой (контрольной) группы, но отсутствие таких же очевидных различий во второй и третьей группе может быть связано с недостаточным размером этих выборок.
На следующих графиках рассмотрим структуру динамики изменения мощности спектра сердечного ритма в трех исследуемых диапазонах.
Изменения парасимпатическго тонуса (HF_128) и смещение высокочастотного осциллятора (tMax_HF) в результате ортостаза представлені на рис.5.

Рис. 5. Изменение парасимпатического тонуса (A) и динамика высокочастотного осциллятора (B) в результате выполнения активной ортостатической пробы в исследуемых группах

Исходные различия tMax_HF между первой и второй-третей группами достигают порога статистической значимости (p=0,069, тест Манна-Уитни). В контрольной группе tМах_НF 95 % ДИ составил 0,24-0,28 Гц, в общей группе ИАГ — 0,22-0,26 Гц. Для пациентов контрольной группы (без ИАГ) также характерно, что после перехода пациента в вертикальное положение tМах_НF смещается в более низкочастотный диапазон с 0,26 Гц до 0,22 Гц (р=0,049, тест Вилкоксона).
То есть, значения мощности спектра сердечнеого ритма не представляют каких либо клинически значимых прогностических критериев, в то время как высокочакстотный осциллятор представляет статистически значимые прогностические критерии: при  развитии артериальной гипотонии исходный высокочастотный осциллятор смещен в более низкочастотный диапазон, а у пациентов при маловероятной артериальной гипотонии во время спиномозговой анестезии ортостаз вызывает отчетливое смещение tMax_HF в сторону низких частот.
Низкочастотный диапазон спектра сердечного ритма (LF_128) обычно связывают с тонусом симпатической нервной системы. Изменения этого показателя и соответствующего главного осциллятора представлено на рис.6.

Рис. 6. Изменение симпатического тонуса (A) и динамика низкочастотного осциллятора (B) в результате выполнения активной ортостатической пробы в исследуемых группах

Обращает на себя внимание отчетливый сравнительно низкий исходный симпатический тонус в контрольной группе 178 мс2 (95 % ДИ 118-239 мс2) против 420 мс2 (95 % ДИ 244-598 мс2) в общей группе гипотонии (2-я и 3-я группы), что подтверждается достаточно высоким уровнем статистической значимости (р=0,002, тест Манна-Уитни).
Реакция на ортостаз в контрольной группе характеризуется отчетливым, статистически значимым, увеличением симпатического тонуса со 178 до 503 мс2 (различия при р=0,012, тест Вилкоксона).
Такое увеличение LF_128 характеризует высокий и адекватрный уровень адаптационных реакций организма в ответ на снижение преднагрузки вследствие депонирования крови в венах нижних частей тела. Характерно, что во второй группе с отсроченной гипотонией также происходит увеличение симпатического тонуса со 145 мс2 до 318 мс2, но недостаточный уровень статистической значимости различий (p=0,36, тест Манна-Уитни) обусловлен высоким разбросом этих реакций во второй группе.
Для главного низкочастотного осциллятора (tMax_LF) обнаружена следующая закономерность. В третей группе с быстрым развитием интраоперационной гипотонии, несмотря на малочисленность выборки, в результате ортостаза происходило высоковероятное (p=0,028, тест Вилкоксона) смещение главного высокочастотного осциллятора с 0,065 с до 0,051 с.
Очень низкие частоты сердечного ритма, чаще всего ассоцииоуют с гуморальным каналом адаптационных реакций организма. Для пациентов с развитием артериальной гипотонии характерен более высокий уровень VLF_128 (рис.7).

Рис. 7. Изменение активности гуморального канала регуляции (A) и динамика очень низкочастотного осциллятора (B) в результате выполнения активной ортостатической пробы.

В контрольной группе исходное значение VLF_128 с высоким уровнем вероятности почти в два раза было меньше, чем общей группе гипотензий (соответственно, 362 мс2 (95 % ДИ 198-526 мс2) и 634 мс2 (95 % ДИ 390-879 мс2), р=0,043, тест Манна-Уитни).
То есть, если исходный уровень VLF_128 будет
выше 526 мс2 , то такого пациента в 20 случаев можно отнести к пациентам с высоким риском развития ИАГ в процессе спинальной анестезии.
В динамике ортостатической пробы для всех пациентов характерно отчетливое увеличение активности гуморального канала регуляции (p=0,016, тест Вилкоксона для общей выборки гипотензий) без очевидных различий между группами.
Изменения главного, очень низкочастотного осциллятора, в результате ортопробы представляет интересные закономерности, которые проявились в разноналравленном смещении исходных значений tMax­_VLF в контрольной группе и в группе с быстрым развитием гипотензии. В контрольной группе tMax­_VLF  сместился в сторону высоких частот в результате ортопробы (0,0169 Гц и 0,0199 Гц соответственно, р=0,34, тест Вилкоксона), а в третьей группе - в сторону низких частот (0,0157Гц и 0,0129 Гц, соответственно, р=0,35, тест Вилкоксона).
При статистической оценке после выполнения ортостаза различия tMax_VLF между первой и третьей группой приближаются к статистически значимому уровню (р=0,08, тест Манна-Уитни) и составляют для контрольной группы 95 % ДИ = 0,0153 - 0,0245 Гц, а в третьей группе 95 % ДИ составил 0,0076 - 0,0181 Гц. То есть, значения tMax­_VLF после выполнения ортопробы менее 0,018 Гц является высоковероятным прогностическим признаком быстрого развития интраоперационной гипотензии после введения анестетика в спиномозговое пространство.
Таким образом, исследование динамики спектра сердечного ритма в процессе выполнения активной ортопробы у пациентов перед плановым тотальным эндопротезированием коленного сустава позволило получить ряд высоковероятных скрининговых критериев прогноза после введения анестетика в спиномозговое пространство и раскрыть некоторые механизмы нарушения вегетативной регуляции в группах с ИАГ.

Выводы
1) В результате перехода в вертикальное положение у всех пациентов происходит отчетливое двукратное увеличение общей мощности спектра сердечного ритма, но структура динамики мощности спектра в частотных диапазонах мощности имеет различия в зависимости от вероятности развития интраоперационной артериальной гипотензии.
2) При анализе диапазона высоких частот в группе гипотензии исходное значение главного высокочастотного осциллятора (tMax­_HF) смещено в более высокочастотный диапазон (р=0,069). Исходные значения этого показателя в положении лёжа менее 0,24 Гц с высокой вероятностью свидетельствуют о вероятности развития ИАГ. После перехода в вертикальное положение для пациентов, без развития гипотензии, характерно смещение главного высокочастотного осциллятора в более низкочастотный диапазон с 0,26 Гц до 0,22 Гц (р=0,049, тест Вилкоксона).
3) Исходный симпатический тонус в группе больных с гипотензией характеризуется почти трехкратным увеличением (р=0,002) и составляет, в среднем, 420 мс2 (95 % ДИ 244-598 мс2). Для группы больных без гипотензии исходный уровень симпатического тонуса составил 178 мс2 (95 % ДИ 118-239 мс2). То есть, исходное увеличение симпатического тонуса в аналогичной возрастной группе выше 244 мс2 будет надежным прогностическим скрининговым критерием высокой вероятности развития ИАГ во время спиномозговой анестезии.
4) Трёхкратное увеличение симпатического тонуса (LF_128) до 503 мс2 (95 % ДИ 194-811 мс2) в результате выполнения ортостаза относит клинический случай к низкой вероятности развития интраоперационной артериальной гипотензии и характеризует адекватные адаптивные реакции организма на снижение преднагрузки правого желудочка.
5) После выполнения ортостаза характерно смещение главного низкочастотного осциллятора (tMax_HF) в более высокочастотный диапазон, но в группе с быстрым развитием интраоперационной артериальной гипотензии это смещение более выражено с 0,065 Гц до 0,051 Гц (р=0,028).
6) Исходная величина VLF_128 более 526 мс2 с высоким уровнем вероятности (р=0,043) является прогностическим маркером развития ИАГ во время спинальной анестезии.
7) Изменения главного, очень низкочастотного, осциллятора (tМах_VLF) в результате ортопробы в группе с быстрым развития ИАГ, в сравнении с контрольной группой, характеризуются противоположным смещением осциллятора. Снижение частоты главного, очень низкочастотного, осциллятора, после выполнения ортопробы ниже 0,018 Гц, является высоковероятным прогностическим признаком развития интраоперационной артериальной гипотензии во время спиномозговой анестезии.

Литература

1. Haney M. F., Wiklund U. Can heart rate variability become a screening tool for anesthesia-related hypotension? // Acta Anaesthesiol Scand.- 2007.- V. 51.- P. 1289 – 1291.
2. Frolich M.A., Caton D. Baseline heart rate may predict hypotension after spinal anaesthesia in pregydrated obstetrical patients. //Can J. Anaesth.- 2002 .-49 (2).- р. 185-189
3. Hanss R ., Bein B, Weseloh H, Bauer M, Cavus E, Steinfath M, Scholz J, Tonner PH. Heart Rate Variability Predicts Severe Hypotension after Spinal Anesthesia // Anesthesiologу.- 2006. – V.104.- P. 537 - 545.
4. Вerntson G.G., Bigger J.T. Jr., Eckberg D.L.  Heart rate variability: origins, methods and interpretive caveats. //Psychophysiology. — 1997. — V. 34. — P.623—648.
5. Бабунц И.В., Мириджанян Э.М., Мшаех Ю.А. Азбука вариабельности сердечного ритма. — Ставрополь, 2002. 112 с.
6. Коркушко О.В. (ред) Методы анализа и возрастные нормы вариабельности ритма сердца (Рекомендации рабочей группы  Института геронтологии по изучению вариабельности сердечного ритма) / Мат. I-ой межународной научной конференции «Анализ вариабельности ритма сердца в клинической практике» (24-25 октября, 2002, Киев).- К., с.193-215.
7. Heart Rate Variability Standarts of Measurements, Physiological Interpretation, and Clinical Use Circulation. - 1996. - V. 93. - P. 1043-1065.
8. Баевский Р.М. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных элетрокардиографических систем (Методические рекомендации). Вестник аритмологиии.- 2004. -№ 24 –С.65-87.
9. Воробьев К.П. Изменение уровней регуляции в процессе гипербарической оксигенации //Український медичний альманах.- 1999.- №4.- С.28-32.
10. Воробьев К.П., Паламарчук Е.А., Результаты независимого тестирования трех программ вычисления показателей вариабельности сердечного ритма // Український медичний часопис.- 2007.-№ 5.- С. 45-51.
11. Воробйов К.П. Моніторна система для інтенсивної терапії та гіпербаричної оксигенації // Сертифікат якості на програмний виріб, Київ: МОЗ України, 01.07.1995.
12. Guide to authors (2008) Nat. Med., 10: 1–8 (http://www.nature.com/nm/pdf/gta.pdf).