Scientific journal
Научное обозрение. Медицинские науки
ISSN 2500-0780
ПИ №ФС77-57452

METHOD FOR DETERMINING ST SEGMENT TIME DEPENDING ON HEART RATE

Vorobev L.V. 1
1 Medical and Diagnostic Center «Vicom-med»
2509 KB
Prevention of cardiovascular pathology includes, among other things, early detection of manifestations of cardiac abnormalities at the preclinical stage. The heart pumps blood into the vascular system through the systole of the ventricles of the heart, which is displayed on the ECG by the Q-T interval, which includes the ST segment. Knowing the exact time of the ST segment allows you to determine the boundary between the phases of intracardiac hemodynamics – fast and slow expulsion of blood from the ventricles, which is necessary to assess the systolic function of the ventricles of the heart. The duration of the ST segment from minimum to maximum heart rates is up to 130 ms. and its dynamics is linearly dependent on changes in heart rate. For various reasons, the ST segment changes not only its duration, but also its position with respect to the isoline merging with the ascending knee of the T wave. This position of the ST segment often does not allow to accurately distinguish between the end of the ST segment and the beginning of the T wave, making it difficult to accurately diagnose state of systolic ventricular function. A reliable assessment of the state of the systolic function of the ventricular myocardium is possible using the index of AF, which in a constantly changing heart rate requires accurate determination of the end of the ST segment. Individual indicators – Q-T, QRS, ST allow you to automate the assessment of myocardial contractility of the ventricles of the heart using the plateau phase index. Using the proposed method for determining the ST segment in the systole of the heart, it is possible to conduct reliable control of the reaction of the heart, under conditions of various loads on the body, to detect and correct violations of the physiology of cardiac activity in a timely manner, in order to prevent the development of an obvious pathology.
ST segment
electrical ventricular systole
plateau phase index
ventricular myocardial systolic function

Сердечно-сосудистая система, обеспечивая жизнедеятельность организма, доставляет кровь к клеткам организма, а сердце в ней выполняет роль насоса по перекачке крови. Традиционно систолическая функция левого желудочка оценивается по фракции выброса при УЗИ сердца. Высокая трудоемкость УЗ-исследования, низкая выявляемость начальных проявлений сердечной недостаточности ограничивают широкую доступность к нему как со стороны здоровых людей, так и пациентов с ранними признаками сердечной недостаточности. Оценка данной функции актуальна те только для больных сердечной патологией, но и для здоровых людей с целью уточнения толерантности сердца к физическим нагрузкам и рационализации физических нагрузок на сердце. Электрическая систола желудочков, отображаемая на ЭКГ интервалом Q-T, позволяет проводить оценку систолической функции желудочков сердца, без ограничений по доступности ЭКГ-исследования, и позволяет проводить раннюю диагностику нарушения систолической функции желудочков сердца [1]. В сердечно-сосудистой патологии нарушения сократительной функции миокарда ведут к сердечной недостаточности, и ранняя диагностика снижения этой функции является важной и возможной с использованием электрокардиографии [2]. Одним из показателей, составляющих электрическую систолу, является сегмент ST, определяемый от конца зубца S до начала зубца Т с максимальной продолжительностью до 120–150 мс [3]. Сегмент ST, занимая определенную величину времени и положение в систоле желудочков в силу различных воздействий на сердце, изменяет не только свою продолжительность, но и свое положение по отношению к изолинии, смещаясь вверх или вниз и сливаясь в одно целое с восходящим коленом зубца Т. Такое положение сегмента ST зачастую не позволяет четко разграничить завершение сегмента ST и начало зубца Т, что в конечном счете затрудняет точную диагностику состояния систолической функции желудочков. В большинстве научных источников делают акцент внимания только на смещении сегмента ST относительно изолинии и не придают значения временным параметрам сегмента ST. В литературе иногда приводится только максимально возможная длительность времени сегмента ST (фазы асинхронного сокращения миокарда) до 120-150 мс, которая, однако, не может быть использована для всех значений ЧСС. Научных работ по определению конкретного времени сегмента ST с учетом изменяющейся ЧСС выявлено не было [4]. Разграничение же времени зубца Т и сегмента ST способствует точному определению состояния функции сократимости миокарда желудочков.

Целью и задачей данного исследования являлись поиск и обоснование подхода в определении конкретного времени сегмента ST при конкретной ЧСС и отвечающего требованиям физиологии сердечных сокращений в условиях изменяющейся ЧСС.

Материалы и методы исследования

Материалом данного исследования явился анализ сегмента ST 2,5 тысяч кардиоциклов из общего числа обратившихся в поликлинику лиц обоего пола, детского, молодого, среднего и старшего возрастов, в состоянии ЧСС покоя, брадикардии, тахикардии. Также проанализировано 1000 кардиоциклов у лиц без явной патологии на ЭКГ с определением доли времени сегмента ST в электрической систоле желудочков сердца (интервал Q-T) при всех значениях ЧСС. Полученные результаты легли в основу построения графика зависимости сегмента ST от ЧСС и определения времени сегмента ST для каждой ЧСС.

Результаты исследования и их обсуждение

Интерес к сегменту ST в основном формируется клинической кардиологией в диагностике ИБС, используя анализ смещения сегмента ST вверх или вниз от изолинии, и реже физиологией, анализирующей временные характеристики сегмента ST в фазе изгнания крови из желудочков. Временные характеристики всех элементов ЭКГ не являются стационарными величинами и меняются вместе с изменением ЧСС, уменьшаясь при увеличении ЧСС и наоборот.

Интервал QRS-T отображает электрическую систолу желудочков и может быть использован для анализа систолической функции желудочков сердца. С точки зрения гемодинамики процесс систолы желудочков разделяется на фазу напряжения миокарда (QRS) и фазу изгнания крови (интервал S-T), которые имеют свое представление в потенциале действия кардиомиоцита. Анализ сердечной гемодинамики и положения в ней сегмента ST базируется на анализе потенциала действия кардиомиоцита и положения в нем определенных элементов ЭКГ представленных на рис. 1.

vorov1.tif

Рис. 1. Сопряжение фаз ПД с фазами гемодинамики систолы желудочков и элементов ЭКГ

Отрезок – (в). Фаза асинхронного сокращения миокарда, отображаемая на ЭКГ сегментом ST.

Отрезок – (г + д). Фаза изометрического сокращения миокарда, отображаемая на ЭКГ зубцом Т. Граница фазы плато с фазой быстрой конечной реполяризации проходит по середине зубца Т.

Отрезок – (в + г + д). Вся фаза изгнания крови, сопряженная с фазами ПД (фаза плато и фаза конечной быстрой реполяризации) с длительностью, зависящей от ЧСС, и на ЭКГ представлена интервалом S-T [5–7].

Сегмент ST, являясь частью электрокардиограммы, представляя собой фазу асинхронного сокращения миокарда в систоле желудочков (интервал QRS-T), длится в среднем до 120–150 мс. Интервал S-T, являясь фазой изгнания крови из желудочков сердца, в свою очередь состоит из фазы быстрого изгнания (сегмент ST и первая половина зубца Т) и фазы медленного изгнания (вторая половина зубца Т). Знание времени сегмента ST позволяет определить время зубца Т, отражающего фазу изометрического сокращения миокарда желудочков сердца, а также разделять фазы быстрого и медленного изгнания крови желудочками, что необходимо для расчета индекса ФП (фазы плато).

Собственно систолическая функция миокарда желудочков реализуется в фазе изгнания крови (интервал S-T), и точный расчет систолической функции требует точного расчета сегмента ST, который в свою очередь зависит от ЧСС. В электрокардиограмме зубец Т отображает фазу изометрического сокращения миокарда желудочков, а в представлении потенциала действия начальная его половина относится к фазе медленной реполяризации миокарда, а конечная половина относится к фазе конечной быстрой реполяризации. На ЭКГ зубец Т представлен в виде положительного зубца в отведениях I, II, AVF, V2-V6 с четким началом и окончанием, что в итоге не вызывает затруднений с измерением сегмента ST (рис. 2) [8, 9]. Однако на практике зачастую зубец Т не симметричен, и его начало сливается с сегментом ST, что в итоге не позволяет визуально точно разделить окончание сегмента ST и начало зубца Т (рис. 3).

vorov2.tif

Рис. 2. Четкое разделение сегмента ST и зубца Т

vorov3.tif

Рис. 3. Слияние сегмента ST с зубцом Т

В этих случаях разграничить окончание сегмента ST и начало зубца Т становится проблематично. Каждый элемент ЭКГ в целостной картине систолы желудочков занимает свое место и свою долю времени в сердечном цикле в зависимости от ЧСС. Опираясь на физиологию сердечных сокращений в процессе изменения ЧСС, становится возможным определить, какое время занимает сегмент SТ в систоле желудочков, и его динамику на изменение ЧСС, что в свою очередь позволяет более точно диагностировать состояние систолической функции желудочков сердца.

Для уточнения времени сегмента ST в интервале S-T были обработаны данные 2500 измерений в сплошной выборке ЭКГ с поликлинического приема и 1000 кардиоциклов у здоровых лиц, без наличия ЭКГ-патологии. Данные результатов динамики сегмента ST при изменении ЧСС представлены графиком (рис. 4).

vorov4.tif

Рис. 4. График зависимости динамики времени сегмента ST от ЧСС

Результаты измерений выявили линейную зависимость изменения сегмента ST от изменения ЧСС с шагом линейности на один сердечный цикл, равным 0,753 мс. Вся шкала времени сегмента ST составила от 0 до 130 мс и охватила диапазон ЧСС от 30 до 202 сокращений сердца. При ЧСС 30 время сегмента ST достигает 130 мс и уменьшается до 0 мс при ЧСС 202. Такая же линейная зависимость от ЧСС наблюдается и в динамике всего интервала Q-T [10]. При знании шага линейности изменения сегмента ST на единицу ЧСС стало возможным определять время сегмента ST для каждой конкретной ЧСС. Данные результатов определения времени сегмента ST для конкретной ЧСС представлены в таблице.

Таблица времени сегмента ST (мс) и его динамики в зависимости от ЧСС

ЧСС

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

STms.

119

118

117

117

116

115

114.

114

113

112

111

ЧСС

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

STms

111

110

109

108

108

107

106

105

105

104

103

ЧСС

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

STms

102

102

101

100

99

99

98

97

96

96

95

ЧСС

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

STms

94

93

93

92

91

90

90

89

88

87

87

ЧСС

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

STms

86.3

85

84

84

83

82

81

81

80

79

78

ЧСС

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

STms

78

77

76

75

75

74

73

72

72

71

70

ЧСС

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

STms

69

69

68

67

66

66

65

64

63

63

62

ЧСС

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

STms

61

60

60

59

58

57

57

56

55

54

54

ЧСС

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

STms

53

52

51

51

50

49

48

48

47

46

45

ЧСС

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

STms

45

44

43

42

42

41

40

39

39

38

37

ЧСС

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

STms

36

36

35

34

33

33

32

31

30

30

29

ЧСС

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

STms

28

27

27

26

25

24

24

23

22

21

21

Так как десятые, сотые доли миллисекунды практически не влияют на конечный итог определения показателя функции сократимости миокарда, в котором участвует и показатель времени сегмента ST, поэтому время сегмента ST может быть представлено в целых числах.

Полученные временные параметры сегмента ST позволяют проводить точный расчет систолической функции желудочков сердца в виде индекса ФП (фазы плато), который достоверно соотносится с измерениями фракции выброса левого желудочка при УЗИ сердца, что наглядно представлено на рис. 5 и 6 [11].

vorov5.tif

Рис. 5. Соотношение индекса ФП и ФВ

vorov6.tif

Рис. 6. Соотношение индекса ФП и ФВ

vorov7.tif

Рис. 7. Стандартные отведения

vorov8.tif

Рис. 8. Грудные отведения

Систолическая функция желудочков сердца, определенная с использованием времени сегмента ST как в стандартных отведениях ЭКГ, так и в левых грудных отведениях, хорошо соотносима, что позволяет определять ее, используя как стандартные отведения ЭКГ, так и грудные, что отображено на рис. 7 и 8.

Для полноценного анализа систолической функции миокарда желудочков сердца необходимы такие показатели ЭКГ, как интервал Q-T, комплекс QRS, сегмент ST в конкретных величинах и при конкретной ЧСС. Определение конкретного времени сегмента ST обеспечивает возможность полной автоматизации процесса расчета индекса ФП, как маркера состояния сократительной функции миокарда с помощью ЭКГ. Формула расчета показателя сегмента ST для автоматизированного анализа представлена в виде:

сегмент ST = 130 – [(ЧСС – 30)*0,753],

где ЧСС – фактическая ЧСС, зарегистрированная на ЭКГ.

Выводы

1. Практический интерес к уточнению времени сегмента ST при конкретной ЧСС обусловлен тем, что точное время сегмента ST необходимо для точной оценки систолической функции миокарда желудочков сердца, определяемой с помощью ЭКГ.

2. Изменение времени сегмента ST носит линейную зависимость от ЧСС, и диапазон изменений времени сегмента ST в сердечной деятельности укладывается от 0 до 130 мс в зависимости от ЧСС.

3. Результаты оценки систолической функции желудочков сердца с использованием значений времени сегмента ST одинаковы как для стандартных, так и левых грудных отведений ЭКГ.

4. Метод оценки систолической функции желудочков сердца с помощью анализа электрической систолы желудочков сердца (индекс ФП) достоверно коррелирует с методом анализа механической систолы левого желудочка (фракция выброса левого желудочка) при УЗИ сердца.

5. Точность оценки систолической функции желудочков сердца, определяемая с помощью показателей электрической систолы желудочков сердца, не подвержена субъективным влияниям от неточности расположения электродов ЭКГ, а также при тахикардии.

6. Знание величины и динамики сегмента ST в зависимости от ЧСС позволяет автоматизировать процесс анализа сократительной функции миокарда в любой модели электрокардиографа, выявляя важные признаки или риски сердечной недостаточности на ранних этапах сердечной патологии.