Heart Rate Asymmetry. Asymetria Rytmu Serca. Przemysław Guzik Jarosław Piskorski

Transkrypt

1 Heart Rate Asymmetry Asymetria Rytmu Serca Przemysław Guzik Jarosław Piskorski Katedra i Klinika Intensywnej Terapii Kardiologicznej Uniwersytet Medyczny im. K. Marcinkowskiego w Poznaniu & Instytut Fizyki, Universytet Zielonogórski, Zielona Góra

2 Brak konfliktu interesów

3 Pochodzenie rytmu serca

4 Węzeł zatokowy Węzeł przedsionkowokomorowy

5 Układ przewodzący serca SA AV

6 Układ przewodzący serca Punkt SA Wenckebacha AV 0 wiek

7 Badanie elektrofizjologiczne

8 Badanie elektrofizjologiczne

9 Co mierzymy?

10 Heart rate variability- zmienność rytmu serca

11 Dzieku uprzejmości R. Schneidera, TUM, Munich, Niemcy

12

13

14

15

16

17 J. Piskorski, UZ Budowanie wykresu PP

18 J. Piskorski, UZ Dekompozycja innych sygnałów kardiologicznych

19 Asymetria rytmu serca Heart rate asymmetry (HRA) Co to jest?

20 Wybierzmy się na wycieczkę i

21 poszukajmy czegoś wysokiego w okolicy

22 Powspinajmy się

23 i zmierzmy długość każdego kroku i liczbę kroków

24

25

26

27

28

29 Wysokość (m)

30 Częstość rytmu serca (/min)

31 Rytm serca pochodzenia zatokowego

32 Rytm serca pochodzenia zatokowego

33 RR n+1 [ms] Analiza wykresów Poincaré odstępów RR 500 RR n+1 > RR n RR n+1 = RR n RR n+1 < RR n RR n [ms]

34 Rzuty wykresu Poincaré odstępów RR na różne osie Rozkłady zwolnień i przyspieszeń J. Piskorski, UZ

35 Rzuty wykresu Poincaré odstępów RR na różne osie Rozkłady zwolnień i przyspieszeń Total HRV J. Piskorski, UZ

36 Linie centroidu i linia identyczności Piskorski J, Guzik P, Phys Meas 007

37 Heart Rate Asymmetry RR = ( RR, RR,, RR 1 n ), RR RR n1 n = { RR = { RR 1, RR, RR 3,, RR,, RR n n1 } } 1 RR = Var n RR 1 SD n, RR = Var n RR 1 SD n, SDNN = 1 ( SD1 SD ). Piskorski J, Guzik P, Phys Meas 007

38 Podział wariancji długo- i krótkoterminowej Piskorski J, Guzki P, Med Biol Eng Comp 011

39 Podział wariancji krótkoterminowej, ] [ ] [ 1 = 1 =1 =1 a j a n j d i d n i r r n SD = on. a d n n n n, 1 1 = 1 SD d SD a SD. ] [ 1 = 1, ] [ 1 = 1 =1 =1 a i a n i a d i d n i d r n SD r n SD 1 1 = 1, 1 1 = 1 SD SD C SD SD C a a d d =1 1 1 a d C C J. Piskorski, UZ

40 Podział wariancji długoterminowej = on. a d n n n n, ] [ ] [ ] [ 1 == 1 = =1 =1 =1 =1 on k on n k a j a n j d i d n i k N k r r r n r n SD, =, = SD SD C SD SD C a a d d =1. a d C C J. Piskorski, UZ

41 Formalny podział SDNN ). 1 ( 1 = SD SD SDNN 1 ) ( ) 1 1 ( 1 = SD a d SD a d SD SD SD SD SDNN. ) 1 ( ) 1 ( 1 = a SDNN a a d SDNN d d SD SD SD SD J. Piskorski, UZ

42 Formalny podział SDNN SDNN SDNN d SDNN = a SDNN SDNN d a 1 = SD1d SDd 1 = SD1a SDa Cd C a = 1 C d SDNN SDNN d, C a SDNN SDNN a J. Piskorski, UZ

43 Heart Rate Asymmetry Weryfikacja metod obliczeniowych Przetasowanie kolejności danych

44 RR n+1 [ms] RR n+1 [ms] RR [ms] RR [ms] Heart Rate Asymmetry A 1400 B Time [min] Time [min] RR n [ms] RR n [ms]

45 Contribution of SD1up and SD1down in SD1 [%] Heart Rate Asymmetry 80 p < p < n.s. 30 p < C up _orig C down _orig C up _shuffl C down _shuffl Guzik et al. Biomed Tech 006 Zwolnienia zatokowego rytmu serca mają istotnie większy udział w tworzeniu krótkotermionowej zmiennosci rytmu serca niż przyspieszenia w 5- i 30- minutowych EKG u zdrowych osób. Guzik et al. Biomed Tech 006 Piskorski et al. Physiol Measur 007

46 [%] Heart Rate Asymmetry 41 zdrowych (mediana wieku 3 lata; 105 kobiety). 30-minutowe spoczynkowe EKG p < p < p < C1d shc1d Cd shcd CTd shctd Guzik. Post-doc thesis, 009

47 HRA podsumowanie Wkład zwolnień do zmienności krótkoterminowej Zmienność krótkoterminowa > Wkład przyspieszeń do zmienności krótkoterminowej Zmienność długoterminowa Wkład zwolnień do zmienności długoterminowej < Wkład przyspieszeń do zmienności długoterminowej Zmienność całkowita Wkład zwolnień do zmienności całkowitej < Wkład przyspieszeń do zmienności całkowitej

48 Mikrostruktura rytmu serca

49 Mikrostruktura rytmu serca Monotoniczne serie Piskorski J, Guzik P, Phys Meas 011

50 Długości poszczególnych serii

51 Serie zwolnień i przyspieszeń dla danych przetasowanych testowanie wyników i wartości referencyjne 3)! ( 4 3 3)! ( 1 3 = ), ( 3 i i i i i i i n n r E k i = D,A, k n i ) ( = ) ( A i D i r E r E J. Piskorski, UZ

52 Estymacja rozkładu serii p i, k = E( r k i, n)i n ˆ i, k p = (liczba n r k i ) i max( i) D max( j ) A i=1 p i, D j=1 p j, A = 1 J. Piskorski, UZ

53 Parametry pochodne entropia serii max( i) D H DR = pi, D ln pi, D i=1 max( i) A H AR = pi, A ln pi, A i=1 Dla danych przetasowanych zachodzi oczywiście p = p i, D i, A H = H = DR AR H ShR J. Piskorski, UZ

54 Mikrostruktura rytmu serca Metoda serii monotonicznych statystyka zliczeniowa CD1 CD CD3 CD4 CD5 CD6 CD7 CD8 CD9 CD10

55 Runs frequency Mikrostruktura rytmu serca Częstość serii zwolnień i przyspieszeń Długość serii zwolnienia [%] przyspieszenia < > < < < < < < CA orig CD orig Run lenght

56 Materiały i metody Nagrania holterowskie od 87 zdrowych osób, Porównano: Długości serii zwolnień i przyspieszeń Udziały serii zwolnień i przyspieszeń w ogólnej liczbie pobudzeń zatokowych Parametry entropijne związane z przyspieszeniami i zwolnieniami Rozkłady serii w danych fizjologicznych I przetasowanych

57 Struktura Heart Rate Asymmetry 4-h EKG Serie przyspieszeń są liczniejsze dla wszystkich serii za wyjątkiem długości 3 i 4 Piskorski J, Guzik P, Phys Meas 011

58 Struktura Heart Rate Asymmetry 4-h EKG Serie przyspieszeń są liczniejsze dla wszystkich serii za wyjątkiem długości 3 i 4 Piskorski J, Guzik P, Phys Meas 011

59 Porównania udziałów serii z danymi przetasowanymi J. Piskorski, post-doc theses

60 Porównania udziałów serii z danymi przetasowanymi J. Piskorski, post-doc theses

61 Parametry entropijne (holtery) J. Piskorski, post-doc theses

62 Heart Rate Asymmetry Własności fizjologiczne

63 Heart Rate Asymmetry Heart rate variability RR interval SDNN LF HF HFnu r p r p r p r p r p Nd n.s < < < n.s. CTd 0.04 n.s < < < n.s. C1d 0.03 n.s < < < n.s. Cd 0.0 n.s < < < Blood pressure variability mean SBP SDNN LF HF LFnu r p r p r p r p r p Nd n.s n.s n.s. CTd 0.04 n.s n.s n.s. C1d 0.03 n.s n.s n.s. Cd 0.0 n.s n.s n.s. Baroreflex function BRSα BRSα xbrs Baroreflex delay r p r p r p r p Nd < < < < CTd -0.4 < < < < C1d 0.43 < < < < Cd < < < < Guzik. Post-doc thesis, 009

64 Heart Rate Asymmetry 17 healthy volunteers (1-54; 7 female) Head-up tilt at different angles Porta et al. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 008;95: R550 R557

65 Heart Rate Asymmetry - Norepinefryna 6 zdrowych, pozycja leżąca, 5 EKG. Wypoczynek 30, NE wlew 10 min ze wzrostem co 1 z następowym ciągłym 30 wlewem &10 post NE recovery Guzik et al. Unpublished data

66 Mikrostruktura rytmu serca Częstość serii zwolnień i przyspieszeń

67 Heart Rate Asymmetry fetuses recordings PoG1: from 16 th to 4 th PoG: from 5 th to 3 nd PoG3: from 33 rd to 40 th Porta et al. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 008;95: R550 R557

68 Heart Rate Asymmetry różnice płciowe Parametry HRA Kobiety Mężczyźni p Mediana 5 perc. 75 perc. Mediana 5 perc. 75 perc. Nd [%] < C1d [%] < Cd [%] CTd [%] Częstość HRA Kobiety (N = 105) Mężczyźni (N = 136) N % 95% CI p N % 95% CI p Nd < 50% % % % % < C1d > 50% % % < % % < Cd < 50% % % < % % < CTd < 50% % % < % % < Siła ekspresji i częstość HRA expression jest różna u kobiet i mężczyzn. HRA slniejsze i częstsze u mężczyzn. Guzik. Post-doc thesis, 009

69 HRA a częstość oddychania 15 zdrowych (19 5 lat; 7 kobiet). 5-minutowe EKG. Taktowane oddychanie 6-15/minutę Unpublished data

70 Niemiarowość oddechowa rytmu zatokowego różnym czasom trwania faz wdechu i wydechu w czasie spontanicznego oddychania towarzyszą odpowiednio przyspieszenie i zwolnienie rytmu serca również o niejednakowym czasie trwania

71 CEL PRACY oceny HRA u osób zdrowych w czasie spontanicznego oddychania i w czasie taktowanego, wolnego oddychania z częstością 6 oddechów/minutę z zachowaniem równych długości faz wdechu i wydechu

72 Badani i metody 86 zdrowych ochotników (średni wiek 37.4+/-15.9 lat, w tym 41 kobiet). BMI śr 4 kg/m EKG rejestrowane w pozycji leżącej razy przez 5 minut EKG odpowiednio w czasie oddychania spontanicznego i taktowanego.

73 Badani i metody Ocena HRA: analiza udziału zwolnień w krótkoterminowej, długoterminowej i całkowitej HRV; analiza mikrostruktury rytmu serca serie monotoniczne zwolnień i przyspieszeń rytmu serca. Analiza statystyczna: nieparametryczny test Wilcoxona dla zmiennych sparowanych; - testy binomialny i proporcji.

74 Wyniki

75 Wyniki

76 Wyniki

77 Wyniki

78 Wolne oddychanie z równo trwającą fazą wdechu i wydechu nasila zarówno ekspresję, jak i częstość zjawiska HRA u zdrowych osób wypoczywających w pozycji leżącej. Mechanizmy odpowiedzialne za HRA są bardziej złożone i wykraczają poza prostą zależność od długości trwania wdechu i wydechu.

79 Heart Rate Asymmetry Czy HRA jest zjawiskiem stałym czy dynamicznym?

80 Obecność HRA RR intervals [ms] Heart Rate Asymmetry Ciągła ocena HRA w 5-minutowym oknie przesuwającym się wzdłuż 30- minutowego EKG

81 Presence of HRA RR intervals [ms] Heart Rate Asymmetry HRA jest procesem dynamicznym zmieniającym się z upływem czasu

82 Heart Rate Asymmetry Wartość kliniczna

83 C1d [%] Heart Rate Asymmetry & AF Dane od Prof. JK Wranicza (Łódź): 31 pts z AF 54 p< HRA jest obecne w czasie AF a tasowanie całkowicie znosi to zjawisko AF_orig AF_rand Manuscript in preparation

84 C1d [%] Heart Rate Asymmetry & HF class Dane od Prof. E. Orłowskiej-Baranowskiej & Prof. R. Baranowskiego (Warszawa) 4-h EKG od 349 chorych z AS (61.8 +/ lat; 148 kobiet) przed wymianą zastawki. HRA w zależności od klasy funkcjonalnej NYHA p = Ekrepresja HRA jest gorsza u chorych z AS z bardziej zaawansowaną niewydolnością serca I II III IV NYHA class Manuscript in preparation

85 C1d [%] Heart Rate Asymmetry & type 1 DM Dane od Dr. E. Migliaro z Department of Physiology, School of Medicine, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay 4-h EKG od 15 zdrowych i 15 chorych z cukrzycą typu 1o co najmniej 5-letnim czasie trwania. 60 p = Krótkoterminowa HRA jest zmniejszona u chorych z DM1 30 Healthy subjects Diabetic patients Guzik et al. Clinical Autonomic Research, Clin Auton Res. 010;0:55-7

86 Serie zwolnień u chorych po zawale serca Prospektywnie zgromadzone dane z badań ISAR-HRT i ART od Prof. G. Schmidt (Klinikum rechts der Isar, TUM & Deutsches Hearzzentrum, Munich, Germany) Faza ustalania punktów odcięcia: 4-h EKG Holter od 1455 pacjentów po zawale serca (grupa treningowa) Walidacja: kontrola u kolejnych 946 pacjentów po zawale serca (validation sample). Pierwotne punkty końcoer: śmiertelność całkowita - śmiertelność sercowa - nagły zgon sercowy Guzik et al. J Electrocardiol. 01;45:70-6

87 Deceleration runs in post-mi patients Guzik et al. J Electrocardiol. 011, in press

90 Pojedyncze zwolnienia i przyspieszenia rytmu serca u chorych poddanych próbie wysiłkowej ze wskazań klinicznych -99 kolejnych chorych z badania FINCAVAS Study (Dr. Tuomo Nieminen, Tampere University, Finland) -Zapisy EKG o co najmniej 1-minutowej długości sprzed wysiłku. Średni czas obserwacji: 56.9+/-11.0 M HRs 95% CI P value All-cause mortality DR1 > 17.7% < AR1 > 16.9% < Cardiovascular mortality DR1 > 17.9% < AR1 > 16.5% < Sudden cardiac death DR1 > 16.8% < AR1 > 16.5% < Guzik P, Nieminen T, Piskorski J, Kaizer W, Nikus K, J Viik, R Lehtinen, T Lehtimäki, M Kähönen, ICE, 011

91 Mikrostruktura HRA w zależności od stopnia ciężkości zespołu bezdechu sennego Dane od Prof. Adriana Baranchuka z Queen s University, Kingston, ON, Canada 78 chorych poddanych całonocnej rejestracji polisomnograficznej z powodu podejrzenia OSA analiza 300-minutowych EKG: -19 pts bez lub łagodny OSA (AHI < 15), -18 pts pośredni OSA (AHI 15-9) -41 pts ciężki OSA (AHI > 30). Guzik et a., Clinical Auton. Res, w druku

92 Mikrostruktura HRA w zależności od stopnia ciężkości zespołu bezdechu sennego Guzik et a., Clinical Auton. Res, w druku

95 Heart rate asymmetry Nie jest jedynym asymetrycznym zjawiskiem w układzie krążenia

96 Blood pressure asymmetry Asymetria ciśnienia tętniczego 7 zdrowych(19-31lat; 97 kobiet) 30-minutowe spoczynkowe nagrania fali tętna z oceną SBP Guzik et al. Hypertens Res 010;33:

97 Blood pressure asymmetry Median IQR C1 i (%) N i (%) SBP proportion 95% CI P value C1 i >50% to 0.87 < N i < 50% to 0.80 < Wzrosty SBP mają istotnie większy udział w krótkoterminowej zmienności ciśnienia tętniczego niż spadki SBP u zdrowych osób wypoczywających w pozycji leżącej Guzik et al. Hypertens Res. 010;33:

98 Heart rate asymmetry Blood pressure asymmetry & heart rate asymmetry r C1 i N i C1 d OBSERVED PREDICTED N d C1 d >50% Blood pressure asymmetry C1 i >50% C1 i >50% False True False True False True N d <50% N i <50% N i <50% False True False True False True Zjawiska BPA & HRA są niezależne od siebie! Guzik et al. Hypertens Res. 010;33:

99 Czasy przewodzenia AH i HV Badanie elektrofizjologiczne, 10 osób, 1-minutowe zapisy wewnątrzsercowe Guzik et al. W przygotowaniu

100 Czasy przewodzenia AH i HV Guzik et al. W przygotowaniu

101 Heart rate asymmetry - jest zjawiskiem fizjologicznym; - jest zjawiskiem dynamicznym; - jest zjawiskiem o różnej ekspresji u kobiet i mężczyzn; - zmienia się w przebiegu niektórych chorób; - ma wartość rokowniczą w wybranych grupach pacjentów; - wymaga dalszych badań fizjologicznych i klinicznych.

102 Kardiologiczne ciągi czasowe - Asymetria rytmu serca jest jednym z kilku przykładów asymetrii kardiologicznych ciągów czasowych; - Zmienność ciśnienia tętniczego ma cechy asymetryczne; - Zmienność przewodnictwa przedsionkowo-komorowego ma cechy asymetryczne; - Dotychczas nie badano asymetrycznych cech innych kardiologicznych szeregów czasowych.

103 Dziękuję za uwagę

104