Эффективность применения кардиореспираторных мониторов с сочетанным логическим анализом параметров у детей первого года жизни

Т. Эрлер 1, И.А. Кельмансон 2, А. Петерс 1

1 Клиника для детей и подростков госпиталя Карл-Тим (Котбус, Германия)
2 Санкт-Петербургская государственная педиатрическая медицинская академия

Резюме:

Проблема безопасного и эффективного кардиореспираторного мониторинга в домашних условиях у детей первого года жизни является весьма актуальной. Создатели современных мониторов прежде всего должны обращать внимание на снижение частоты ложных сигналов тревоги, регистрируемых приборами. Критического анализа заслуживают как показания к проведению мониторирования, так и то, какой тип мониторов следует использовать в каждом конкретном случае. В ходе исследований, проведенных в стационарных условиях в сомнологической лаборатории, было обследовано 59 детей первого года жизни. При этом изучалась возможность снижения частоты ложных сигналов тревоги за счет логического сочетанного анализа регистрируемых параметров монитором нового типа с программным обеспечением. Применение нового типа мониторов позволило достоверно снизить частоту ложных сигналов тревоги и достоверно улучшить операционные характеристики прибора.

Ключевые слова: апноэ, младенцы, мониторы.

Введение.

В последние годы ведутся многочисленные дискуссии по поводу показаний к проведению кардиореспираторного мониторирования в домашних условиях у детей первого года жизни и его эффективности, что прежде всего связано с поиском подходов к профилактике жизнеугрожающих апноэ и снижению риска синдрома внезапной смерти младенцев [1-5]. Одним из серьезных препятствий на пути к широкому использованию мониторов у детей из группы риска является высокая частота ложных сигналов тревоги, создающих психотравмирующую ситуацию в семье, притупляющих бдительность родителей, а в ряде случаев ведущих и к отказу родителей от дальнейшего использования подобных приборов. Вот почему актуальной проблемой является разработка мониторов, которые сочетали бы в себе такие качества, как доступность для широких групп населения, простоту в эксплуатации и диагностическую надежность. Одним из подходов к повышению надежности мониторов является непрерывная регистрация нескольких контролируемых физиологических параметров (прежде всего ритма дыхания, частоты сердечных сокращений и насыщения крови кислородом) в сочетании с логическим анализом этих параметров.

Целью исследования явилось сопоставление эффективности кардиореспираторного мониторирования у детей первого года жизни при использовании приборов с традиционным подходом к регистрации угрожающих событий на основе раздельного анализа контролируемых параметров и при использовании приборов с непрерывной регистрацией параметров и их сочетанным логическим анализом.

Методы.

У 59 детей первого года жизни (32 мальчиков, 27 девочек) в качестве составной части общего обследования было запланировано и в дальнейшем проведено полисомнографическое (ПСГ) исследование в стационарных условиях в лаборатории по изучению сна клиники для детей и подростков госпиталя Карл-Тим (Котбус, Германия). Все обследованные дети не имели врожденных аномалий, прогрессирующих заболеваний и на момент обследования были практически здоровы. Возраст детей на момент проведения ПСГ составлял от 2 недель до 6 месяцев (в среднем 1,5 месяца). Все обследованные дети родились в исходе одноплодной беременности; 14 родились недоношенными, и среднее значение гестационного возраста обследуемых составляло 39 недель.

ПСГ проводилось по принятой методике [6] с использованием программы ALICE 3. Обследование осуществлялось в ночное время суток, и его средняя продолжительность у отдельного пациента составляла 3 часа 57 минут.

Синхронно с проведением ПСГ проводилась регистрация физиологических параметров при помощи двух одинаковых мониторов VitaGuard (VG 3000), производимых фирмой Getemed. Данный прибор предназначен для осуществления кардиореспираторного мониторинга в домашних условиях и обеспечивает регистрацию дыхательных движений грудной клетки (за счет измерения торакального импеданса), частоты сердечных сокращений (ЧСС), а также показателя насыщения крови кислородом методом пульс-оксиметрии при помощи технологии Masimo-Set. Поскольку монитор не позволяет дифференцировать торакальное и абдоминальное дыхание и не рассчитан на регистрацию потока воздуха через нос, он обеспечивает распознавание лишь центральных апноэ, при которых отмечается прекращение дыхательных движений грудной клетки, но не позволяет распознавать обструктивные апноэ, характеризующиеся коллапсом верхних дыхательных путей с сохранением дыхательных движений при отсутствии прохождения воздуха через верхние дыхательные пути [6]. Продолжительность центральных апноэ, регистрируемых мониторами, определялась от момента окончания выдоха, предшествовавшего апноэ, до момента начала следующего за апноэ вздоха.

Первый монитор (М1) функционировал в обычном режиме в соответствии со стандартной методикой, предписанной для его эксплуатации в домашних условиях. Принципиально он обеспечивал регистрацию отдельных угрожающих событий. Это означало, что физиологические параметры отслеживались монитором непрерывно, но при этом фиксировались лишь те ситуации, когда значения отдельных контролируемых параметров выходили за рамки заранее заданных допустимых пороговых величин.

Были установлены следующие пороговые значения регистрируемых параметров, выход за рамки которых интерпретировался монитором как угрожающее событие с фиксацией этого события и срабатыванием сигнала тревоги: центральное апноэ фиксировалось при продолжительности респираторной паузы 8 секунд и более; десатурация фиксировалась при снижении показателя насыщения крови кислородом до уровня 90% и ниже продолжительностью 10 секунд и более; угрожающая брадикардия фиксировалась при снижении ЧСС до 60/мин и ниже в течение 10 секунд и более; угрожающая тахикардия при повышении ЧСС до 220/мин и выше в течение 10 секунд и более.

Второй монитор (М2) представлял собой опытную версию прибора и предполагал возможность углубленного изучения регистрируемых параметров. Это достигалось за счет возможности прибора не только регистрировать все контролируемые параметры в отдельности, но и осуществлять их совместную логическую оценку при помощи специально разработанной компьютерной программы. Пороговые значения уровня и продолжительности насыщения крови кислородом, ниже которых монитором М2 фиксировалась десатурация, значения ЧСС, ниже и выше которых констатировались соответственно брадикардия и тахикардия, были те же, что и для монитора М1. Если же монитором М2 регистрировалась респираторная пауза продолжительностью 8 секунд и более, сигнал тревоги сразу не срабатывал, но срабатывал так называемый "внутренний", скрытый сигнал тревоги, и прибором открывалось "окно наблюдения" продолжительностью 30 секунд. В течение этого времени монитор регистрировал не только абсолютные значения ЧСС и уровня насыщения крови кислородом, но и колебания этих параметров по отношению к исходным значениям. Эти исходные значения ЧСС и насыщения крови кислородом определялись как средние показатели за предшествующие 30 секунд. Патологическими считались снижения ЧСС на 25% и более и насыщения крови кислородом на 3% и более по сравнению с исходными значениями, и если в течение 30-секундного "окна наблюдения" фиксировались такие отклонения ЧСС и/или насыщения крови кислородом, прибором регистрировалось апноэ и срабатывал "внешний" сигнал тревоги. Если же указанных патологических отклонений не выявлялось, сигнал тревоги не срабатывал.

В основе описанного подхода к идентификации монитором М2 угрожающих апноэ лежало понимание следующих обстоятельств. Центральные апноэ во время сна наблюдаются в норме с высокой частотой у детей первого года жизни [6]. При этом максимальная длительность респираторной паузы, превышение которой позволяет говорить о патологическом характере центрального апноэ, оценивается большинством исследователей как 20 секунд, однако на эту тему продолжаются дискуссии [7], и следует признать, что для констатации патологического центрального апноэ у ребенка первого года жизни важен не столько сам по себе факт наличия респираторной паузы и даже не продолжительность этой паузы, сколько наличие сопряженных с апноэ значимых изменений иных физиологических параметров, таких как ЧСС и уровень насыщения крови кислородом [6].

Каждому обследуемому ребенку закрепляли единый набор датчиков и электродов, от которых сигналы поступали сразу к обоим мониторам, а также к системе ALICE 3, обеспечивающей регистрацию ПСГ.

Звук, который обычно сопровождает сигналы тревоги мониторов, был отключен, чтобы не потревожить ребенка во время сна в случае срабатывания сигнала и не повлиять на качество сна.

Расшифровка информации, зафиксированной в памяти мониторов, осуществлялась при помощи программы VitaWin для Windows.

В ходе последующего анализа проводилось сопоставление данных, полученных при помощи обоих мониторов, с данными ПСГ детей. Все ПСГ- записи обследованных детей в виде отдельных 30 секундных эпох анализировались и верифицировались одним и тем же исследователем.

Для каждого из мониторов М1 и М2 определялось число "истинных" зафиксированных сигналов тревоги, объективно подтвержденных результатами ПСГ, "ложноположительных" сигналов тревоги (ошибочно зафиксированных монитором угрожающих событий, не подтвержденных данными ПСГ) и "ложноотрицательных" сигналов тревоги (ошибочно не зафиксированных монитором угрожающих событий, реально имевших место по данным ПСГ). В тех случаях когда апноэ как таковые были верно распознаны мониторами, об "истинном" событии говорилось лишь при продолжительности апноэ 8 секунд и более.

Статистический анализ данных включал в себя определение операционных диагностических характеристик каждого монитора и их сопоставление. Определялись показатели чувствительности и прогностической значимости положительного результата [8, 9].

Чувствительность рассчитывалась как отношение числа верно зарегистрированных прибором угрожающих событий к общему числу реально имевших место патологических событий.

Прогностическая значимость положительного результата рассчитывалась как отношение числа верно зарегистрированных прибором угрожающих событий к общему числу зарегистрированных прибором угрожающих событий.

Достоверность различий операционных характеристик двух мониторов оценивалась при помощи критерия c2 с использованием программы EpiInfo 6.0.

Исследование было одобрено комитетом по этике, и родители всех обследованных детей дали информированное согласие на участие в исследовании.

Результаты.

По данным ПСГ, ни в одном из наблюдений и ни в одной из фаз сна у детей не было зафиксировано изолированных эпизодов тахикардии или брадикардии, которые, в соответствии с заданными критериями, должны были расцениваться как угрожающие события. При этом обоими мониторами верно не было зафиксировано ни одного ложного сигнала тревоги, связанного с изолированной угрожающей бради- или тахикардией.

У обследованных детей, по данным ПСГ, было суммарно зафиксировано 9 изолированных эпизодов десатурации, и все эти эпизоды были верно распознаны обоими мониторами с чувствительностью и прогностической ценностью положительного результата, равными 100%.

По данным ПСГ, у обследованных детей суммарно было зафиксировано 341 центральное апноэ продолжительностью 8 секунд и более. Из них 173 (50,7%) сопровождалось критическими снижениями показателей насыщения крови кислородом (десатурацией) и/или падением ЧСС.

Монитором М1 было зафиксировано 719 сигналов тревоги, связанных с апноэ. Из них 185 сигналов (25,7%) относилось к категории "истинных", фиксирующих апноэ продолжительностью 8 секунд и более. Они были зафиксированы у 44 детей (74,6% обследованных). В 88,1% случаев апноэ имели продолжительность 8 или 9 секунд.

В 534 случаях из 719 сигналы тревоги, связанные с якобы имевшим место апноэ, были ложными. Такие ложные сигналы выявлялись у 47 детей (80% обследованных). Число зарегистрированных ложных сигналов тревоги у отдельного ребенка варьировало от 1 до 61. В 14,2% случаев ложные сигналы тревоги были связаны с наличие реальных центральных апноэ, длительность которых была менее 8 секунд.

Показатель прогностической ценности положительного результата для распознавания апноэ монитором М1 составил 185/719 (25,7%). Это означает, что при регистрации монитором сигнала тревоги истинное апноэ можно распознать с вероятностью 25,7%. Принимая во внимание, что доля апноэ, сопровождавшихся выраженной брадикардией и/или десатурацией составляла 50,7% от общего числа зарегистрированных апноэ, можно сделать вывод, что прогностическая ценность положительного результата для распознавания апноэ, сопровождающихся выраженной брадикардией и/или десатурацией, составляет всего лишь 13%.

Показатель чувствительности распознавания апноэ для монитора М1 составил 54,3%. Самая продолжительная респираторная пауза, не распознанная монитором М1 как центральное апноэ, имела длительность 11 секунд.

Монитором М2 было суммарно зафиксировано у обследованных детей 203 сигнала тревоги, связанных с якобы имевшими место центральными апноэ, сопровождающимися выраженной десатурацией и/или брадикардией. В 140 случаях (69%) эти события были распознаны верно. Они имели место у 38 детей (64% обследованных). Самое продолжительное апноэ, сопровождавшееся десатурацией, имело длительность 9 секунд. В 63 случаях сигналы тревоги были ложными, и они фиксировались у 30 детей (50,9% обследованных). Число таких ложных сигналов у отдельного ребенка варьировало от 1 до 8. В 75% случаев ложные сигналы тревоги были связаны с наличием апноэ, продолжительность которых была менее 8 секунд. Лишь 16 из 63 (25%) ложных сигналов тревоги по поводу якобы имевшего место апноэ возникли на фоне полного отсутствия документированных респираторных пауз по данным ПСГ.

Показатель прогностической ценности положительного результата для распознавания апноэ у монитора М2 (140/203; 69%), был статистически достоверно выше аналогичного показателя для монитора М1 (185/719; 27,7%) (c2 = 127,8; р < 0,001). Различия были еще более отчетливыми при сопоставлении с прогностической ценностью положительного результата для монитора М1 в пересчете на число апноэ, сопровождавшихся брадикардией и/или десатурацией.

Показатель чувствительности монитора М2 применительно к распознаванию апноэ, сопровождающихся брадикардией и/или десатурацией, составляет 140/173 (80,9%), что статистически достоверно выше показателя чувствительности для монитора М1 (185/341; 54,3%) (c2 = 13,76; р < 0,001).

В 99% случаев сигналы тревоги, регистрируемые монитором М2, отражавшие изменения физиологических параметров, сопровождались снижением показателя насыщения крови кислородом на величину более 3%.

Отсутствовали статистически достоверные различия в частоте ложных сигналов тревоги, зафиксированных мониторами М1 и М2 в отдельных фазах сна у обследованных детей.

Обсуждение.

Одной из важнейших проблем, связанных с использованием у детей кардиореспираторных мониторов в домашних условиях, является высокая частота регистрации приборами ложных сигналов тревоги. Приводятся различные сведения о частоте подобных ложных сигналов тревоги, но в целом можно отметить, что доля реальных угрожающих ситуаций не превышает 50% от всех регистрируемых приборами сигналов тревоги [10-12]. Высокая частота ложных сигналов тревоги, регистрируемых даже современными, высокотехнологичными мониторами, была выявлена и в ходе настоящего исследования. Эти ложные сигналы тревоги прежде всего связаны с неверным распознаванием центральных апноэ в тех случаях, когда реализуется традиционный алгоритм их идентификации: изолированная регистрация сигнала о наличии дыхательных движений грудной клетки. Если дыхательные движения ребенка регистрируются прибором на основании измерения торакального импеданса, то нередко причиной ложных сигналов тревоги являются технические сбои из-за плохого закрепления датчиков.

Ложные сигналы тревоги, связанные с неверным распознаванием изолированной угрожающей бради- или тахикардии, регистрируются значительно реже [11-14], и в настоящем исследовании таких ложных сигналов приборами вообще не было зафиксировано.

Ложные сигналы тревоги оказывают сильное негативное психологическое воздействие на родителей, дезориентируют их, а во многом и дискредитируют саму идею кардиореспираторного мониторирования ребенка в домашних условиях. Вот почему высказываются мнения, что для осуществления домашнего мониторирования у детей из группы риска следует рекомендовать лишь такие приборы, которые позволяют, как минимум, одновременно регистрировать дыхательные движения и частоту сердечных сокращений, а также обладают способностью хранить в памяти зарегистрированную информацию, чтобы обеспечить возможность ретроспективного изучения зафиксированных прибором угрожающих событий на предмет их истинности [12, 15, 16].

Снижение числа ложных сигналов тревоги возможно, если при задании допустимых пороговых значений контролируемых монитором параметров строго учитываются возрастные нормы [6, 17]. Можно также попытаться добиться снижения числа ложных сигналов тревоги за счет задания менее "жестких" значений контролируемых параметров, выход за рамки которых трактовался бы прибором как угрожающая ситуация. В частности, с учетом возрастных физиологических особенностей ребенка первого года жизни можно было бы задать большую продолжительность допустимой респираторной паузы, превышение которой распознавалось бы монитором как угрожающее событие. Однако авторы, в исследованиях которых использовались более высокие пороговые значения продолжительности респираторной паузы для срабатывания сигнала тревоги (в частности, 15 секунд и 20 секунд), также выявляли высокую частоту ложных сигналов, сопоставимую с той, которая была выявлена в настоящем исследовании [3, 18]. С другой стороны, такой подход сопряжен с риском возрастания так называемой ошибки второго рода, т.е. ложного просмотра истинных угрожающих событий, что гораздо опаснее для ребенка. Эта опасность усугубляется и тем, что многие мониторы вследствие технического несовершенства и/или несовершенства алгоритмов, применяющихся для анализа фиксируемых параметров, характеризуются невысокой чувствительностью [19].

Высокотехнологичные приборы могут кардинально улучшить эффективность кардиореспираторного мониторирования у детей из группы риска [20, 21]. Такие мониторы должны обеспечивать одновременный контроль нескольких физиологических параметров и их сочетанный логический анализ [12]. При этом максимальный эффект будет достигаться за счет верного распознавания приборами артефактов и их отграничения от истинных угрожающих событий. Приводятся данные о том, что для верного распознавания угрожающих нарушений ритма сердца и дыхания большое значение имеет контроль прибором парциального давления кислорода в крови или уровня насыщения крови кислородом и учет этой характеристики при логическом сопоставлении с прочими регистрируемыми параметрами [16].

В настоящем исследовании показано, что при одномоментном логически связанном анализе нескольких параметров, контролируемых монитором, наблюдается существенное уменьшение числа зафиксированных ложных сигналов тревоги, связанных с апноэ. При сохранении неизменного, достаточно низкого порогового значения респираторной паузы, превышение которого расценивается прибором как апноэ (8 секунд и более), удается существенно повысить прогностическую ценность положительного результата и чувствительность.

Сочетание непрерывной регистрации параметров и их логически связанного анализа призвано способствовать более эффективному применению мониторов у детей в домашних и стационарных условиях.

Литература

1. Brouillette RT, Jacob SV, Waters K, Morielli A, Mograss M, Ducharme FM: Cardiorespiratory sleep studies for children can often be performed in the home. Sleep 1996; 19(10): 278-280.

2. Burnell R, Beal S: Monitoring and sudden infant death. J. Paediatr. Child Health 1994; 12: 461-462.

3. Crowell DH, Brooks LJ, Colton T, et al.: The Collaborative Home Infant Monitoring Evaluation (CHIME) Steering Committee. Infant polysomnography. Reliability. Sleep 1997; 20(7): 553-650.

4. Schafer C, Schafer T, Wolfle GL, Schlafke ME: Kontinuerliche ambulante Uberwachung zur Qualitatskontrolle der Heimtherapie bei kongenitalem zentralen Hypoventilationssyndrome (CCHS). Wien. Med. Wochenschr. 1996; 146: 223-234.

5. Spitzer AR: Current controversies in the pathophysiology and prevention of sudden infant death syndrome. Curr. Opin. Pediatr. 2005; 17(2): 181-185.

6. Кельмансон И.А.: Сон и дыхание детей раннего возраста. СПб.: "ЭЛБИ-СПб.", 2006.

7. Erler T, Wischniewski E: Sleep medicine in infants - practicability and limitations. Early Hum. Dev. 2001; 63: 23-35.

8. Кельмансон И.А.: Клиническая эпидемиология в педиатрии. СПб.: "СОТИС", 2002.

9. Кельмансон И.А.: Принципы доказательной педиатрии. СПб.: Фолиант, 2004.

10. Brand-Niebelschutz S, Saling E, Saling P, Langner K, Schmitz C: Akzeptanz und Nutzen des Heim-Monitoring. Dt. Arzteblatt 1991; 6(88): 395-401.

11. Gibson E, Spinner S, Cullen JA, Wrobel HA, Spitzer AR: Documented home apnea monitoring: effect on compliance, duration of monitoring, and validation of alarm reporting. Clin. Pediatr. 1996; 35(10): 505-513.

12. Wiater A, Gotz W, Niewerth HJ: Methodik und Problematik der Heimuberwachung von Kindern mit schlafbezogenen Atmungsstorungen - Perspektiven. Wien. Med. Wochenschr. 1996; 13/14: 319-320.

13. Spitzer AR, Gibson E: Home monitoring. Clinics Perinatol. 1992; 19: 907-925.

14. Steinschneider A, Santos V: Parental reports of apnea and bradycardia: temporal characteristics and accuracy. Pediatrics 1991; 88: 1100-1104.

15. Meny RG, Caroll JL, Carbone MT, Kelly DH: Cardiorespiratory recordings from infants dying suddenly and unexpectedly at home. Pediatrics 1994; 93: 44-49.

16. Poets CF, Samuels MP, Noyes JP, et al.: Home event recordings of oxygenation, breathing movements, and electrocardiogram in infants with recurrent life-threatening events. J. Pediatr. 1993; 123: 693-701.

17. Freed GE, Meny R, Glomb WB, Hagemann JR: Effect of home monitoring on high-risk population. J. Perinat. 2002; 22: 165-167.

18. Hunt CE, Corwin MJ, Baird T, et al.: Collaborative Home Infant Monitoring Evaluation Study Group. Cardiorespiratory events detected by home memory monitoring and one-year neurodevelopmental outcome. J. Pediatr. 2004; 145(4): 465-471.

19. de Nardi S, Paditz E, Erler T, Gruntzke A: [Reliability of home monitoring with event-recording compared with polysomnography in infants]. Wien. Klin. Wochenschr. 2003; 115(12): 421-428.

20. Jenkins RL: Indices for maternal/family anxiety and disruption relates to infant apnea and home monitoring. Health Care Woman Int. 1996; 17: 535-548.

21. McCaleb A, Luther LS: Characteristics and coping patterns of families with infants on home apnea monitoring. Issues Compr. Ped. Nursing 1996; 19: 81-92.