Магнитокардиография: непонимание и разочарования от дефицита знаний.

А.А. Бородай, Т.В. Сосницкая Национальный научный центр «Институт кардиологии им. акад. Н.Д. Стражеско» АМН Украины, г. Киев; Национальный медицинский университет им. акад. А.А. Богомольца, г. Киев.

Поскольку критически-дискуссионные рассуждения И.А. Чайковского «Магнитокардиография в диагностике ишемической болезни сердца: достижения и неудачи» могут сформировать у читателей ложное представление о недостатках, преимуществах и значимости для клинического применения магнитокардиографии (МКГ) как нового диагностического метода неинвазивной электрофизиологии, мы не можем оставить его замечания без подробного ответа.

Биомагнитные исследования (в частности магнитокардиография) за период более 40 летней истории периодически проходили этапы подъема и спада, периоды многообещающих надежд и разочарований. Это объективно реальный путь развития и реализации любых революционных и наукоемких идей, и разочарования в большинстве случаев наступают от дефицита знаний, необходимых для объяснения наблюдаемых феноменов. Технология магнитокардиографического картирования развивалась на стыке целого ряда таких фундаментальных направлений, как физика и криоэлектроника, электродинамика, электрофизиология, экспериментальная и клиническая кардиология с привлечением самых современных достижений в области информационных технологий, математики, математического и физического моделирования, обработки сигналов, программирования и т.п. Ведущие разработчики этой технологии были отмечены Государственной премией Украины в области науки и техники за 2007 г. Углубленное понимание особенностей технологии регистрации и обработки сверхслабых магнитных сигналов и, особенно, интерпретация результатов исследований требует достаточно глубоких и современных знаний.

Спорным представляется замечание, что МКГ может стать полезным методом для клинического применения только при условии достижения чувствительности и специфичности более 85–90 %. Хотя не совсем понятно, что автор замечаний понимает под определением «уровень точности в диагностике», в качестве возражения можно назвать несколько диагностических методик, которые успешно и широко используются в клинической практике при значительно более низких чувствительности и специфичности, а в фундаментальном обзоре японских кардиологов [15] подчеркивается уникальность технологии МКГ для клинического применения и отмечается, что еще в 2002 г. первый японский многоканальный магнитокардиограф японским министерством здоровья был сертифицирован для практического применения. Странными выглядят рассуждения о соотношении «цена/эффект» для МКГ по сравнению с такими «легко доступными» методами как сцинтиграфия и стресс-эхокардиография. В резолюции Европейского парламента от 12 июля 2007 г. (В6-0277/2007) утверждается, что только для стран Европейского Союза финансовые потери от сердечно-сосудистых заболеваний составляют более 169 млрд евро в год, и подчеркивается, что раннее выявление нарушений сердечно-сосудистой системы и идентификация пациентов с высоким риском могут кардинально изменить ситуацию. В этом плане метод магнитокардиографического картирования в качестве скрининговой технологии обследования больших групп пациентов по своей чувствительности, абсолютной безвредности и эффективности не имеет аналогов. Анализ возможностей различных и доступных в настоящее время в клинической кардиологии методов исследований показывает, что они не могут предоставить информацию, аналогичную той, что мы можем извлечь из данных магнитокардиографического картирования. К основным преимуществам магнитного картирования можно отнести не только неинвазивность, но, в первую очередь, возможность выявления циркуляторных компонент токов действия и абсолютное отсутствие влияния анизотропной среды (тело человека), окружающей сердце.

Относительно замечания об отсутствии ссылок на некоторые работы по МКГ мы хотели бы отметить, что в приведенных автором замечаний ссылках практически отсутствует какое-либо объяснение полученных результатов МКГ с точки зрения и в терминах электрофизиологии и вообще отсутствует какая-либо концепция интерпретации полученных данных.

Проблемы электрической характеристики сердца изучаются на протяжении свыше 100 лет, но каким образом электрофизиологическое состояние достигается за счет дифференциальной деятельности ионных каналов, изучалось только на протяжении последних 10–15 лет. Результаты последних исследований в области электрофизиологии, которые предоставили определенную базу для понимания механизмов токо-структурных взаимодействий в стенках предсердий и желудочков, могут помочь нашему более глубокому пониманию результатов магнитокардиографических исследований. Прерывистость тканевой архитектуры влияет на количество и направление локальных входящих и исходящих ионных токов. Дисперсия реполяризации и, соответственно, трансмуральная гетерогенность исходящих токов являются динамически модифицированными свойствами восстановления индивидуальных кардиомиоцитов и клеточных слоев, и определяются частотой сокращений сердца и направлением процесса.

Для анализа полученных в наших исследованиях результатов мы использовали концепцию интерпретации данных магнитокардиографических исследований, которая впервые была предложена В.Н. Сосницким и соавторами [5, 16]. По этой концепции, основанной на современных представлениях, что гетерогенность потенциала действия вызвана интрамуральной гетерогенностью ионных токов действия, результат «решения обратной задачи» по данным магнитокардиографического картирования может отображать результирующий вектор плотности тока, величина и направление которого соответствует вполне конкретному распределению плотностей входящих или исходящих токов на определенной глубине, и отображает архитектуру той части волокон, вдоль которых распространяется этот ток. Правомочность этой концепции подтверждена модельными исследованиями на физическом фантоме [17] и была отмечена российскими электрофизиологами [3]. На основании этой концепции среди стандартного набора параметров, характеризующих векторное отображение информации, были выбраны несколько параметров, характеризующих динамику изменений векторов плотности тока на вполне определенных временных интервалах кардиоцикла. Эти параметры были использованы в целом ряде исследований [1, 4, 18], выполненных в магнитокардиографической лаборатории. Следует отметить, что указанные параметры и их интерпретация отличаются от параметров и системы классификации, использованных в работах, на которые ссылается И.А. Чайковский.

Если говорить о сравнении потенциальных (ЭКГ) и магнитных (МКГ) методах регистрации электрической активности сердца, то следует отметить, что в последние годы после ряда специальных исследований прекратилась многолетняя дискуссия о сопоставимости результатов ЭКГ и МКГ исследований. Практически все ведущие в области биомагнитных исследований специалисты признали принципиальные различия информации, содержащейся в потенциальных и магнитных сигналах, обусловленные отличиями их физической природы. Кроме того, в фундаментальной работе J.E. Burnes и соавторов [9] убедительно продемонстрировано, что региональные изменения дисперсии реполяризации, которые достаточно четко отображаются на эпикардиальной поверхности сердца, большей частью не находят отражения как в результатах поверхностной 12-электродной ЭКГ, так и в результатах 64-электродного электрокардиографического картирования (BSPMs). Такое ограничение чувствительности потенциальных измерений на поверхности тела обусловлено пространственной конфигурацией кардиологических электрических источников и отображением результатов их регистрации в скалярном виде.

Как мы уже отмечали [2], электрофизиологические свойства миокарда желудочков крайне гетерогенны, и электрические отличия, являющиеся результатом разниц скоростей восстановления транзиторных исходящих потоков ионов, наиболее заметны между эпикардом и средней частью миокарда (М-клетки) [6, 7]. Реполяризация начинается тогда, когда суммарный ионный ток над плато потенциала действия становится исходящим. При этом большой градиент плотности и частотно-зависимых свойств транзиторного исходящего тока существует в разных слоях желудочковой стенки [14].

Удлинение потенциала действия М-клеток по сравнению с эпикардиальными и эндокардиальными клетками связано с различными особенностями ионных взаимодействий, включая меньший IКs и больший поздний INa [6, 26], а также натриево-кальциевый обменный поток [27], что в конечном счете приводит к снижению токовых потоков реполяризации 2-й и 3-й фаз М-клеток потенциала действия.

В результате различной продолжительности 2-й и 3-й фаз реполяризации в трех видах клеток, по обе стороны М-клеток развиваются электрически противоположные градиенты, которые в основном и формируют Т-волну [24]. Окончание реполяризации эпикарда совпадает с пиком Т-волны, а реполяризация М-клеток совпадает с окончанием Т-волны. Из этого следует, что длительность потенциала действия М-клеток завершает интервал Q-T, в то же время длительность потенциала действия эпикарда определяет интервал Q-T-peak. Следовательно, интервал Tapex-Tend может быть использован для анализа трансмуральной электрической гетерогенности реполяризации в среднем слое миокарда [8, 24]. Эта базовая концепция, впервые высказанная С. Antzelevitch, получила признание практически во всех опубликованных за последние годы научных публикациях по миокардиальной электрофизиологии. Клиническое применение данной концепции основано на результатах ряда исследований [11, 21, 23].

А. Lubinski и соавторы [13] указали на удлинение интервала Tapex-Tend у пациентов с врожденным синдромом удлиненного Q-T1. Tanekaka и соавторы, а также независимо от него Р. Schwarts и соавторы [19] продемонстрировали связь между удлинением интервала Tapex-Tend и возникновением torsade de pointes у больных с синдромом удлиненного интервала Q-T1. M. Yamaguchi и соавторы [25] пришли к выводу, что Tapex-Tend может иметь большую прогностическую ценность по сравнению с Q-Tc и дисперсией Q-T в качестве предиктора torsade de pointes у пациентов с приобретенным синдромом удлиненного Q-T. М. Shimizu и соавторы утверждают, что Tapex-Tend, а не Q-Tc предсказывает возникновение внезапной сердечной смерти у больных с гипертрофической кардиомиопатией [20]. N. Watanabe и соавторы [22] продемонстрировали, что удлиненный Tapex-Tend коррелирует со спонтанной или спровоцированной желудочковой тахикардией у больных с высоким риском и органическими заболеваниями сердца. Отличия в результатах исследований электрической гетерогенности отдельных клеточных моделей и интактной сердечной мышцы, на которые ссылается И. Чайковский, легко объяснимы исходя из понимания физики межклеточных взаимодействий. При нормальной электрофизиологии в интактной сердечной мышце локальные отличия в длительности потенциала действия не регистрируются электропотенциальными методами благодаря электротоническим связям между клетками и их слоями. Проявляется эффект элементарного шунтирования. Кроме того, в отличие от интактной мышцы в клеточных моделях отсутствует влияние на активацию ионных каналов ряда регуляторных механизмов. Известно несколько публикаций зарубежных авторов, в которых подчеркивается уникальная способность МКГ выявлять именно электрическую гетерогенность миокардиальных слоев.

Особо следует обсудить замечание, касающееся локализации ишемизированных областей миокарда. Как неоднократно подчеркивал всемирно известный кардиолог профессор P. Hugenholtz, вообще не корректно заявлять, что на основании данных магнитокардиографического картирования можно что-либо утверждать о локализации стенозов венечных артерий. Это легко понять, если разобраться в механизмах тех явлений, которые приводят к изменениям плотностей токов ионов, приводящих, в свою очередь, к изменениям в регистрируемых на МКГ сигналах. Прежде всего, необходимо подчеркнуть, что когда речь идет магнитных сигналах, мы должны анализировать результаты исследования с учетом токов действия, которые в конечном результате и формируют ту или иную форму потенциала действия.

Практически одинаковые изменения электрофизиологии могут иметь как органическое, так и функциональное происхождение, и проявляются они в результате активации целого ряда механизмов. Например, механизм механо-электрической обратной связи существенно влияет на структурно-функциональное состояние миокарда. Изменения в движении локальных участков стенки желудочка провоцирует увеличение локального механического растяжения и изменение локальной электрофизиологии. Механизм механо-электрической обратной связи способствует активации процесса электрического ремоделирования, которое через целый каскад сложных процессов (с участием сенсоров растяжения, сигнальных цепей и т.д.), в конечном итоге, проявляется в ремоделировании клеточной реполяризации [10]. Такое ремоделирование ионных процессов миоцитов может наблюдаться и в отсутствие механического ремоделирования. Кроме того, региональные изменения электрофизиологии могут быть не только следствием стенозов, а и следствием дисбаланса вегетативной регуляции. Существует достаточное количество данных, свидетельствующих о том, что значимые региональные изменения электрофизиологии миокарда могут быть вызваны нейрогенными факторами в отсутствие каких либо органических изменений. Известно, что гипериннервация отдельных регионов миокарда может провоцировать ишемию во время эмоционального или физического стресса.

Окончательная форма сердечного потенциала действия (а значит и распределения плотностей токов действия) является результатом тонкой регуляции многих ионных потоков, активирующихся и инактивирующихся в разные фазы сердечного цикла. Среди ряда физиологических регуляторных механизмов, в первую очередь, можно выделить механизм контроля и ограничения сердечной возбудимости, действие которого проявляется через изменение длительности рефрактерного периода. Нарушение этого механизма мы и можем наблюдать с помощью МКГ у пациентов в состоянии покоя, в отличие от нарушений адаптивного механизма, который проявляется с увеличением нагрузки на сердце во время проведения стресс-тестов. Известно, что все регуляторные функции в конечной фазе осуществляются через воздействие на ионные каналы, и это должно проявляться в региональных изменениях плотностей токов ионов.

Заключение по результатам магнитокардиографического картирования о возможной ишемии свидетельствует лишь о сходстве анализируемой карты магнитных полей или карты векторов плотности токов с картами при доказанной гипоксии миокарда. Если говорить корректно, то речь может идти об отражении изменений таких электрофизиологических характеристик, как функционирование мембран и межклеточных соединений, скорости проведения, сложных и разнообразных нарушениях перфузии и метаболизма и др.

Для корректного анализа данных диагностического исследования и определения адекватной тактики лечения необходимо дополнительно учесть сопутствующие основной патофизиологический процесс, компенсаторные, гомеостатические, защитные и вообще регуляторные реакции организма.

В заключение мы хотим отметить, что технология МКГ, как всякое чрезвычайно наукоемкое направление, будет продолжать развиваться с использованием современных достижений в области информационных технологий, и по мере накопления новых знаний еще множество идей по ее усовершенствованию будет высказано специалистами из разных областей науки и техники.

Авторы выражают благодарность руководителю магнитокардиографической лаборатории В.Н. Сосницкому за всестороннюю помощь в проведении исследований, обсуждении результатов и участие в настоящей дискуссии.

Литература

1. Бородай А.А., Сосницкая Т.В. Регистрация повышенной трансмуральной электрической гетерогенности у больных с желудочковыми нарушениями ритма с помощью магнитокардиографического картирования //Укр. кардіол. журн. – 2008. – № 1. – С. 85-89.
2. Бородай А.А., Сосницкая Т.В. Выявление аномальной трансмуральной электрической гетерогенности у больных с желудочковой экстрасистолией с помощью магнитокардиографического картирования // Укр. наук.-мед. молодіж. журн. – 2007. – № 4. – С. 38-43.
3. Иванов Г.Г., Булгакова Е.Ю., Сбеитан С. и др. Методы ЭКГ высокого разрешения и дисперсионного картирования в оценке тяжести состояния и прогноза у больных с острым коронарным синдромом // «МЕДАСС», 9-я науч.-практ. конференция «Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы». – 2007. – С. 97-116.
4. Соловьян А.Н., Сосницкий В.Н., Срибная О.В. Магнитокардиография в диагностике и лечении желудочковой экстрасистолии при ишемической болезни сердца // Medicus Amicus. – 2007. – № 9. – С. 6-7.
5. Сосницкий В.Н., Стаднюк Л.А., Сосницкая Т.В. Магнитокардиография: новый взгляд на старые идеи // Серце i судини. – 2004. – № 4. – С. 73-78.
6. Antzelevitch C. Modulation of transmural repolarization // Ann. Y. Acad. Sci. – 2005. – Vol. 1047. – P. 314-323.
7. Antzelevitch C., Dumaine R. Electrical heterogeneity in the heart: physiological, pharmacological and clinical implications // In handbook of electrophysiology: The Heart / Eds. E. Page, H. Fozzard, R.G. Solaro. – N.Y.: Oxford University press, 2002. – P. 654-692.
8. Antzelevitch C., Shimizu W., Yan G.X. et al. The M cell: Its contribution to the ECG and to normal and abnormal electrical function of the heart // J. Cardiovasc. Electrophysiol. – 1999. – Vol. 10. – P. 1124-1152.
9. Burnes J.E., Raja N.G., Albert L. Waldo, Rudy Y. Imaging dispersion of myocardial repolarization: Comparison of body-surface and epicardial measures // Circulation. – 2001. – Vol. 104. – P. 1299-1305.
10. Darwin Jeyaraj, Lance D. Wilson, Jia Zhong et al. Mechanoelectrical feedback as novel mechanism of cardiac electrical remodeling // Circulation. – 2007. – Vol. 26. – P. 3145-3155.
11. Frederiks J., Sweene C.A., Kors J.A. et al. Within-subject electrocardiographic differences at equal heart rates: role of the autonomic nervous system // Pflugers. Arch. – 2001. – Vol. 441. – P. 717-724.
12. Liu D.W., Antzelevitch С. Characteristics of the delayed rectifier current (Ikr and Iks) in canine ventricular epicardial, midmyo-cardial, and endocardial myocytes // Circ. Res. – 1995. – Vol. 76. – P. 351-365.
13. Lubinsky A., Kornacewicz-Jach Z., Wnuk-Wojnar A.M. et al. the terminal portion of the T-wave: A new electrocardiographic marker of risk of ventricular arrhythmias // Pacing Clin. Electrophysiology. – 2000. –Vol. 23. –P. 1957-1959.
14. Poelzing S., Acar F.G., Baron E. et al. Heterogeneous connexin-43 expression produced electrophysiological heterogeneitis accros ventricular wall // Amer. J. Physiol. Heart J. Physiol. – 2004. – Vol. 286. – P. 2001-2009.
15. Satsuki Yamada, Iwao Yamaguchi. Magnetocardiograms in clinical medicine: unique information on cardiac ischemia, arrhythmias, and fetal diagnosis // Intern. Med. – 2005. – Vol. 44, № 1. – P. 1-19.
16. Sosnytskyy V. The current framework for the future prospects of magnetocardiographic technology // USiM. – 2004. – № 6. – P. 57-61.
17. Sosnytskyy V., Hugenholtz P., Sutkovyy P., Awolin B. The magnetocardiogram for the assessment of current density heterogeneity. A torso model study // USiM. – 2005. – № 3. – P. 25-28.
18. Sosnytskyy V.N., Parkhomenko A.N., Gurjeva O.S. et. al. Detection of viable myocardium susceptible to ischemia in patients with ST-segment elevation myocardial infarction using magnetocardiography // New Frontiers in Biomagnetism, ICS 1300 / Eds. D. Cheyne, B. Ross, G. Stroink, H. Weinberg. – Rotterdam (Netherlands): Elsevier Science. – 2007. – P. 520-523.
19. Schwartz P.J., Priori S.G., Spazzolini С. et al. Genotype-phenotype correlation in the long-QT syndrome: gene-specific triggers for life-threatening arrythmias // Circulation. – 2001. – Vol. 103. – P. 89-95.
20. Shimizu M., Ino H., Okeie K. et al. T-peak to T-end interval may be a betterpredictor of high-risk patients with hypertrophic cardiomyopathy associated with a cardiac troponin I mutation than QT dispersion // Clin. Cardiol. – 2002. – Vol. 25. – P. 335-339.
21. Tanabe Y., Inagaki M., Kurita T. et al. Sympathetic stimulation produces a greater increase in both transmural and spatial dispertion of repolarization in LQT1 then LQT2 forms of congenital long QT syndrome // J. Amer. Coll. Cardiology. – 2001. – Vol. 37. – Vol. 911.
22. Watanabe N., Kobayashi Y., Tanno K. et al. Transmurral dispersion of repolarization and ventricular tachyarrhythmias // J. Electrocardiol. – 2004. – Vol. 37. – P. 191-200.
23. Wolk R., Srec S., Kulakovski P. Extrasystolic beats affects transmural electrical dispersion during programmed electrical stimulation // Eur. J. Clin. Invest. – 2001. – Vol. 31. – P. 563-569.
24. Yan G.X., Antzelevitch C. Cellular basis for the normal T wave and the electrocardiografic manfistation of the long QT syndrome // Circulation. – 1998. – Vol. 98. – P. 1928-1936.
25. Yamaguchi M., Shimizu M., Ino H. et al. T wave peak-to-end interval and QT dispersion in acquired long Q-T syndrome: a new index for arrhythmogenicity // Clin. Sci. (Lond). – 2003. – Vol. 105. – P. 671-676.
26. Zygmynt A.C., Eddlestone G.T., Thomas G.P. et al. Larger late sodium conductance in M-cells contributes to electrical heterogeneity in canine ventricle // Amer. J. Physiol. – 2001. – Vol. 281. – P. 689-697.
27. Zygmunt A.C., Goodrow R.J., Antzelevich C. Ina-Ca contributes to electrical heterogeneity within the canine ventricle // Amer. J. Physiology. – 2000. – Vol. 278. – P. 1671-1678.

Укркардіо