Кубряк О.В. Предвосхищающее сердце:
Психика и анализ кардиоритма. Изд. 2, доп.

Оглавление

Предисловие ко второму изданию

Второе издание работы "Восприятие сердцебиений и когнитивные аспекты кардиоритма" выходит спустя почти 10 лет, благодаря вниманию издательской группы URSS, под новым названием – "Предвосхищающее сердце". За прошедшее время интерес исследователей к анализу сигналов, поступающих в мозг от внутренних органов, усилился. Появилось много публикаций по теме, за рубежом недавно был организован "Interoception Summit", складывается консенсус специалистов. Преобладающим направлением сегодня являются изучение связей и попытки создания на основе интероцептивной сигнализации практических решений в области психического здоровья. Прежде всего диагностических, так как исследование внутреннего "информационного обмена" дает возможности тонкого понимания состояний человека. Большой акцент на проблемах психического здоровья, сделанный в книге, выходящей под новым названием "Предвосхищающее сердце", полагаю, совпадает с явно обозначенным в наши дни трендом. К сохраняющейся актуальности исследования, представленного в книге, вероятно, можно отнести и приглашение подготовить по его материалам главу в книге "Anticipating and medicine" издательства Springer, вышедшей в 2017 году. Возможные недостатки и "напрашивающиеся" дополнения, видимые спустя десятилетие, надеюсь, не оттолкнут читателя, а послужат новому поиску, повышению внимания к важной теме организации информационного обмена, сложной системе регуляции здоровья.

От автора

Центральное место, которое отводили сердцу древние в процессах познания, восприятия, отражено в современных языках, речи разных народов. Сердце "знает", "тоскует", "радуется" и "ищет". Ход сердца и ход мысли происходят во времени, составляя единое действие. Попытка исследования объективных признаков, связывающих кардиоритм и когнитивные процессы, составляет главный предмет этой книги.

Соединение результатов, полученных в фундаментальной науке, с практической деятельностью, остается трудной, сложной задачей. В этой связи, излагаемые в третьей части книги прикладные аспекты исследований восприятия сердца, и исследований кардиоритма в целом, описаны здесь скорее как подходы к возможным будущим экспериментам и практическим методам для медицины и, например, спорта. То есть, речь не идет только об описании технологии. Неявная цель этой части книги – вновь задать себе вопрос: мы ищем новое или довольствуемся однажды созданным набором инструментов, используя их в различных комбинациях? Неизбежные при такой форме изложения некоторые отступления, отклонения единой линии повествования связаны с данным обстоятельством. Дополнительным мотивом описания возможных прикладных аспектов в изучении восприятия сердца было стремление привлечь большее внимание практических специалистов и руководителей к результатам фундаментальных исследований.

Хотел бы выразить глубокую признательность профессору, доктору медицинских наук Юрию Викторовичу Урываеву, в долгих многолетних обсуждениях с которым формировались мои научные взгляды.

Слова искренней благодарности профессору, доктору медицинских наук Валерию Николаевичу Краснову и профессору, доктору медицинских наук Олегу Станиславовичу Глазачеву, которые рецензировали эту книгу.

Огромное спасибо Оксане Викторовне Кропивянской (Чальцевой), специально подготовившей для моей книги восхитительную иллюстрацию "Движения сердца". Ее работа представляет собой самостоятельное художественное исследование на тему взаимодействия сердца и мозга. Это особенно ценно, так как подчеркивает сложность, многомерность процесса познания, в котором есть место не только холодному анализу, но и человеческим переживаниям. В этой связи уместно вспомнить слова из "Маленького Принца" Антуана де Сент-Экзюпери: "Зорко одно лишь сердце. Самого главного глазами не увидишь".

Благодарю мою жену, моих родителей и моих друзей за неослабевающую поддержку словами, делами и просто дружеским расположением. Отдельная благодарность кандидату биологических наук Роману Геннадьевичу Донцову, подготовившему рисунки для текста книги, и Наталье Владимировне Ермоловой из Университета Лос-Анджелеса за помощь и советы.

Спасибо моим коллегам по Научно-исследовательскому институту нормальной физиологии им. П. К. Анохина, а также бессменному лидеру школы, академику Российской Академии Медицинских Наук Константину Викторовичу Судакову, которые всегда создавали неповторимую творческую атмосферу. Спасибо всем, кто помогал и участвовал в моих наблюдениях.

Самые добрые слова в адрес издательской группы URSS и лично Доминго Марин Рикой, благодаря которым эта книга вышла в свет.

Введение

1. Электрокардиограмма: граница информации

В наше время трудно представить себе медицину без электрокардиографии. Интерпретация электрокардиограммы прошла путь от простой визуальной оценки до сложных математических методов [1]. В этой связи, закономерен вопрос: "Насколько близко мы подошли к границам информации, заложенной в электрокардиограмме?".

Если отталкиваться от широчайшего распространения электрокардиографии в клинической практике [2], то, на первый взгляд, можно предположить следующее: "Всё, что можно извлечь из ЭКГ с разумными затратами сил и времени при сегодняшнем технологическом уровне, – извлекается. Всё, что доступно пониманию с позиций современных представлений о физиологии сердца, – учитывается при расшифровке ЭКГ". Так ли это?

Можно условно выделить несколько областей применения ЭКГ в практической медицине:

1) скрининг грубой патологии сердца, мониторирование функции сердца у тяжело больных и в операционной;

2) рутинная диагностика нарушений проводимости (см., например, [3]);

3) оценка (прогноз) риска острой сердечнососудистой патологии, включая смерть (см., например, [4, 5]);

4) скрининг различных кардиомиопатий (см., например, [6]);

5) контроль так называемой "кардиотоксичности" фармакологических препаратов и субстанций (см., например, [7]);

6) функциональный контроль в общемедицинской и спортивной практике (см., например, [8]).

Широкое распространение анализ ЭКГ получил также для оценки уровня стресса (например, [9]). Существует много идей и методик, предлагающих анализ ЭКГ в качестве физиологической основы для психологических, психофизиологических исследований и тестов (например, [10–12]). Появляются усовершенствованные или альтернативные подходы к анализу ЭКГ. Отечественные авторы предлагают, например, использовать концепцию "золотого сечения" в характеристике работы сердца [13]; теорию фазовых циклов сердца, построенную на представлениях о неламинарном течении крови в сосудах [14]; теорию энергодефицитных и энергоизмененных состояний на основе медленных волновых изменений гемодинамики [15] и др.

В объяснениях работы сердца начиная с середины XX в. центральное место занимает кибернетическая модель [16]. Сегодня все чаще формулируют новые идеи, например, представления о фрактальной динамике кардиоритма [17]. Благодаря расширению представлений об организации деятельности сердца, происходит развитие анализа ЭКГ за пределы кардиопатологии: например, в область психофизиологии.

Теоретическая основа для того, чтобы связать работу сердца с психическими процессами, чрезвычайно широка. Существуют как известные исторические теории (например, теория эмоций Lange, предложенная в 1885 г.), так и получившие признание современные концепции, например, выдвинутая Damasio в 1994 г. теория "somatic markers" [18] – можно сказать, что обе связывают автономные реакции с психической сферой. Состояния физиологической активации ("arousal"), определяемые автономной нервной системой, являются неотъемлемой частью эмоциональных, познавательных и физических реакций. Отталкиваясь от теории общей активации [19] в 1963 г. Lacey с соавторами была сделана попытка оценить физиологическую активацию на основе изменений кардиоритма и электрической проводимости кожи [20]. Позднее оценку изменения сердечного ритма предложили как универсальную меру, отражающую взаимодействие организма с окружающей средой. Замедление сердцебиений объяснялось восприятием внешней информации и активацией, связанной с ментальной обработкой этой информации. Согласно метафоричному замечанию Lacey, "сердце ищет стимул". Акцент на ожидании стимула был сделан для демонстрации связи замедления сердцебиений с влиянием периферии (барорецепторов) [21–23]. Напротив, в близких исследованиях Obrist [24, 25] подчеркивался моторный контроль, а не ожидание стимула – центральное подавление ("замедление") вегетативных процессов в течение внимания. Хорошо известна и активно изучается взаимосвязь вегетативных показателей и тонких психологических процессов [26–29].

В клинической практике и профилактической медицине представления о балансе симпатической и парасимпатической активности автономной нервной системы как об отражении "вегетативного гомеостаза" – интегральной характеристики адаптационного потенциала организма, или, по сути, функции здоровья, активно эксплуатируются. Для анализа часто исследуют вариабельность ритма сердца – характеристики ряда кардиоинтервалов. [30, 31]. Эквивалентами выделяемых показателей служат известные из математики меры – например, стандартное квадратичное отклонение ("SDNN" при статистическом анализе кардиоциклов) или спектральная плотность мощности (показатели "HF" и "LF" при частотном анализе). Границы извлекаемой из кардиоритмограммы информации в таких случаях довольно размыты, несмотря на широкое признание метода. Показатель SDNN определяется как интегральная оценка вариабельности ритма сердца, увеличение или уменьшение которой трактуется как смещение вегетативного баланса – соответственно, преобладания парасимпатического либо симпатического отдела; но, "не позволяет достоверно судить о влиянии на вариабельность ритма сердца каждого из них в отдельности". Значение SDNN зависит от длительности анализируемой записи ЭКГ. Показатели HF и LF часто трактуются как величины, отражающие "колебания интенсивности потока импульсов, поступающих к сердцу по соответствующим нервам" [31].

Упрощенно критику можно свести к тому, что трактовка информации о кардиоритме здесь в основном отталкивается от представлений о сердце как о "пассивном" объекте среди симпатических и парасимпатических влияний. Хотя делаются попытки учитывать влияние различных других факторов, но чаще считается, что "реальный ритм сердца может временами являться простой суммой симпатической и парасимпатической стимуляции, а временами симпатическая или парасимпатическая стимуляция может сложно взаимодействовать с исходной парасимпатической или симпатической активностью" [30]. При этом, например, давно известно, что сердце само по себе является рефлексогенной зоной [32]; описана связь сердечного ритма с ритмом сигналов, сформированных в центральной нервной системе [33]. Иными словами, существующая физиологическая трактовка различных статистических показателей зарегистрированного с помощью ЭКГ ряда кардиоциклов, возможно, удобна для восприятия, но пока недостаточно совершенна.

Немного коснемся формирования информации, получаемой из ЭКГ. В технике сигналом обычно называют величину, которая каким-либо образом отражает состояние физической системы [34]. То есть, сигнал рассматривается как результат измерения, наблюдения за системой. Один полный кардиоцикл по традиционной электрокардиограмме включает несколько зубцов, которые Einthoven в 1895 г. предложил отмечать латинскими буквами: "P", "Q", "R", "S", "T". В дальнейшем был выделен зубец "U". При регистрации сигналов получают данные (запись ЭКГ), которые обрабатываются визуально или с помощью технического устройства. В обоих случаях делается умозаключение – данные превращаются в конкретную информацию о состоянии человека. Например, в информацию о нарушении проводимости. Эта информация используется при постановке диагноза и выборе терапии. В отличие от объема данных (синтаксическая мера информации) и умозаключения о них, обработки (семантическая мера), диагноз связан с прагматической мерой информации. Если благодаря росту технологических и вычислительных возможностей объем данных об электрической активности сердца можно наращивать в сотни раз (например, заменив пятиминутную запись ЭКГ суточным мониторированием), то о таком же прогрессе их анализа сказать пока нельзя.

Следует отметить, что физиологический механизм формирования зубцов на ЭКГ до сих пор не до конца исследован – возникновение результирующего электрического поля сердца, которое регистрируется с помощью ЭКГ, объясняют суммированием множества возникающих в отдельных клетках сердца слабых полей [35]. Физиологическая трактовка связывает различные элементы ЭКГ со временем возбуждения отдельных областей миокарда: интервал от начала зубца P до начала зубца Q – со временем распространения возбуждения от синоатриального узла до кардиомиоцитов желудочков; интервал от начала зубца Q до конца зубца T – "электрическая систола" желудочков; и т. д. С определенным упрощением, можно сказать, что на этом основаны некоторые современные системы визуализации сердца по данным электрокардиографии. Общая длительность цикла возбуждения считается по вершинам соседних зубцов R.

Нормальное сердце взрослого человека содержит примерно 2 x 10⁹ мышечных клеток [36]. Если предположить, что одной любой мышечной клетке сердца во время ее сокращения соответствует количество информации, равное 1 бит, то в течение одного полного кардиоцикла общее количество информации результирующего поля будет равно, как минимум, числу клеток сердца, или примерно 0,25 Гбайт. Соответственно, стандартная [2] по длительности запись ЭКГ, включающая 300–400 кардиоциклов, будет сформирована на основе начального объема информации в 75–100 Гбайт. Конечно, это упрощенный подход. Например, наличие в сердце различных видов кардиомиоцитов отражается, в том числе, в различиях их потенциалов действия. Само сокращение сердца представляет собой сложное многомерное движение [37]. Иными словами, информационная основа результирующего электрического поля сердца гораздо сложнее, и, соответственно, объем информации больше.

Повышение частоты дискретизации электрокардиографов (в сегодняшних приборах – от 150 до 1000 Гц) призвано повысить точность и информативность ЭКГ за счет оптимизации преобразования аналогового сигнала в цифровой. Однако, даже с учетом теоремы Котельникова [38], здесь мера прагматической информации все равно в очень большой степени зависит от трактовки данных. Можно привести меткое определение А. Н. Колмогорова: "Реальные объекты, подлежащие нашему изучению, очень (неограниченно?) сложны, но связи между двумя реально существующими объектами исчерпываются при более простом схематизированном описании. Если географическая карта дает нам значительную информацию об участке земной поверхности, то все же микроструктура бумаги и краски, нанесенной на бумагу, никакого отношения не имеет к микроструктуре изображенного участка земной поверхности" [39].

С формальной точки зрения, современный уровень развития электрокардиографии даже для достаточно простых выводов (например, "есть тахикардия" или "нет тахикардии") предполагает использование огромного количества сигналов, возможно сверхизбыточного. Следовательно, можно полагать, что границы информации, изначально заложенной в ЭКГ, далеко еще не достигнуты. Регистрируемая электрокардиографом информация сегодня в значительной части игнорируется, теряется из-за недостаточного понимания взаимосвязей сигналов от сердца с интересующими исследователя процессами. Возвращаясь к образному замечанию академика Колмогорова, применительно к сердечному ритму и ЭКГ, можно сказать, что мы сегодня в состоянии исследовать даже бумагу и краску, которой напечатана карта, но не располагаем полной картой.

2. Восприятие сердцебиений

По-видимому, именно попытки уловить в ощущениях от сердца отражение психических процессов, способствовали развитию количественных экспериментальных методов восприятия сердцебиений. Первым часто упоминают способ, предложенный Whitehead с соавторами в 1977 [40]. После регистрируемого на ЭКГ зубца R с задержкой в 128 или 364 мс подавался какой-либо внешний сигнал. В зависимости от выбора испытуемым типа сигналов делался вывод о лучшем (при 128 мс) или худшем (при 364 мс) восприятии сердцебиений. Метод получил название "heartbeat discrimination procedure".

В дальнейшем типизацию людей стали проводить на основе более сложных признаков. Предлагалось, например, делить людей по эмоциональной реактивности и восприятию, связанному с активацией [41]. Также обратили внимание на существование нескольких индивидуальных пространственных и временных областей, где воспринимается сердцебиение [42], что обусловлено возможностью стимуляции различного числа рецепторов в период между текущим и следующим сердцебиениями. Для изучения восприятия сердцебиений был предложен еще один способ, названный "method of constant stimuli". Ряд внешних стимулов предъявляли испытуемому через 0, 100, 200, 300, 400 и 500 мс после R зубца ЭКГ [43]. Предлагалось также использовать звук (тон) разной частоты [44]. Отслеживание стимулов разной модальности, подаваемых синхронно с сердцебиениями, показало, что наиболее точно отслеживаются сердцебиения при сочетанном восприятии света и звука, менее точно – механических сигналов [45]. Был выявлен примерный отрезок (средняя величина – 228 мс) после R зубца ЭКГ и звукового стимула, когда они воспринимаются как синхронные [46]. Современные варианты метода, связанного с предъявлением постоянных стимулов, описаны различными авторами (например, [47–48]).

Способ, в котором испытуемому предлагалось мысленно подсчитывать собственные сердцебиения за определенный отрезок времени, был предложен Shandry в 1981 г. [49]. Подход получил название: "mental tracking method". Валидность метода была также показана в сравнении с вариантом ранее описанных способов [50].

Исследования ощущений от сердца часто связывают с интероцепцией, хотя его сложное многомерное "биение" [37] не может не включать соматических компонентов (касаний окружающих тканей сокращающимся сердцем, регистрируемых проприоцепторами), по крайне мере, при интенсивной физической нагрузке или специфической позе. Cameron [51] сформулировал следующие задачи для изучения висцеральных сигналов: 1) из каких внутренних органов исходит афферентация, 2) какую роль играет такая афферентация в регуляции рассматриваемого органа, 3) эмоциональную или познавательную сферы затрагивает изучаемая афферентация, 4) осознается ли такая афферентация, 5) влияет ли это на поведение, 6) как обнаруженные факты распределены между интероцепцией и деятельностью центральной нервной системы. Первые два вопроса связаны с физиологией органов, третий-пятый – с изучением сознания и поведения, последний – с ролью центральной нервной системы в посредничестве этих функций и процессов.

Детализация специфических задач и методов, предлагаемых для их решения, иногда скрывает глубинный смысл, исходную точку поиска – ощущения от сердца очевидно представляются нам некой мерой, оценкой происходящего внутри организма или нашего отношения к внешним событиям. Древние религиозные и современные речевые конструкции связывают сердце с чувствованием, часто придавая этому органу центральное место в процессе восприятия [52]. Однако в клинической практике обычно считают, что сердце "ощущается только при отклонении от нормы и болезненных состояниях", либо что ощущение от сердца связано с чувством страха, тревоги или "зародышем страха" [53]. Еще в Ветхом Завете упоминается, что "тоска на сердце человека подавляет его" [54]. В наши дни депрессия, панические атаки, фобии стали частым направлением исследований кардиальных ощущений, не имеющих надежной связи с кардиопатологией [55–57]. Вероятно, специфический интерес в клинике изначально был связан с интуитивным представлением о сердце как о наиболее "чувствительном" внутреннем органе, в котором отражаются, в том числе, и болезненные психические процессы. Сегодня многочисленные исследования ощущений от сердца, проходя через перебор вариантов локальных задач в 70–90-х гг. XX в., как бы "делают круг", постепенно возвращаясь к системным взглядам, включающим изменения кардиодинамики, ощущения от сердца, в развитие аффективных нарушений и когнитивные процессы [58–59].

Трудно согласиться, что сердце ощущается только за рамками нормы. Ведь тогда пришлось бы признать, что, например, резкое ускорение в беге, после которого многие могут почувствовать "гулкие удары" собственного сердца, является чем-то ненормальным. Известно, что на кардиоцепцию влияют различные индивидуальные факторы и условия исследования: возраст; физическая тренированность; пол; ожирение (или дистрофия); особенности личности (тревожность, др.); психоэмоциональное состояние в момент наблюдения; внешние сигналы (шум и т. д.); искусственная биологическая обратная связь; количество проб (серий); фармакологическая стимуляция; положение тела (сидя, лежа и др.); обучение перед исследованием и др. [51]. Наши собственные данные указывают, что ощуще- ние сердца у здоровых людей изменяется вместе с фокусом внимания [60].

Таким образом, "чувство сердца", различные неявные ощущения – это не всегда признак болезни. Можно полагать, что развитие исследований и методических приемов позволит в будущем более эффективно использовать ощущения от сердца и связанные с этим физиологические параметры, другие измерения кардиоритма для объективизации психических процессов.

Об авторе

Кубряк Олег Витальевич

Окончил Московскую медицинскую академию им. И. М. Сеченова в 1993 г. Работает в НИИ нормальной физиологии им. П. К. Анохина РАМН. Кандидат биологических наук (2005). В течение последних лет занимается исследованием восприятия сердцебиений.