Международный неврологический журнал 4 (34) 2010

Введение

Боль и дискомфорт в области грудной клетки — одна из наиболее частых жалоб, заставляющих пациентов обращаться к врачу, а болевые ощущения, особенно левосторонней локализации, вызывают повышенное внимание и тревогу в связи с широкой распространенностью ишемической болезни сердца (ИБС) и ее исходами.

Боли в области сердца могут иметь различный генез и в практической медицине до установления диагноза трактуются как кардиалгии, связанные с патологией сердца, крупных сосудов, в том числе аневризм грудного отдела аорты, органов грудной клетки, средостения, шейно­грудного отдела позвоночника, а также как часто возникающие психогенные [2–4, 7].

Жалобы пациента на боли в груди, «в области сердца», «в сердце» у современного врача прежде всего ассоциируются с ишемической болезнью сердца, однако в действительности несердечные причины этих болей, особенно у лиц старше 40–45 лет, встречаются намного чаще [9, 10].

Современные методы диагностики в кардиологии позволяют диагностировать истинную коронарную боль. Однако болевой синдром в области сердца ассоциируется и с остеохондрозом шейно­грудного отдела позвоночника [1, 4]. Все чаще встречаются в практической деятельности врача больные с болевым синдромом, у которых клинические проявления ИБС сочетаются с кардиалгическим синдромом вертеброгенного генеза. Это вызывает определенные трудности как в диагностике, так и в выборе патогенетической терапии [3, 4, 6, 9, 11].

В последние годы в программу дифференциальной диагностики кардиалгий включаются современные высокотехнологичные методы, такие как холтеровское мониторирование, нейровизуализация, дополненные методами компьютерной и статистической обработки.

Одной из наиболее важных областей в решении задач классификации и прогнозирования является применение искусственных нейронных сетей (ИНС) (англ. Artificial Neural Networks). В таких задачах входные данные представляют собой результаты изучения некоторых характеристик объекта, что способствует отнесению его к одному из нескольких классов. Основу каждой ИНС, которая в последние годы нашла применение в медицине, составляют однотипные элементы, имитирующие работу нейронов мозга. Искусственный нейрон обладает группой синапсов — однонаправленных входных связей, соединенных с выходами других нейронов, а также имеет аксон — выходную связь данного нейрона, с которой сигнал поступает на синапсы следующих нейронов [8].

Для ИНС характерен принцип параллельной обработки сигналов, который достигается путем объединения большого числа нейронов в так называемые слои и соединения их определенным образом. Прочность синаптических связей модифицируется в процессе извлечения знаний из обучающего набора данных (режим обучения), а затем используется при получении результата на новых данных. ИНС оказываются способными принимать решения, основываясь на выявляемых ими скрытых закономерностях в многомерных данных, что способствует определению наиболее важных симптомов заболевания.

Цель: оценить значимость различных характеристик боли в области сердца и разработать метод оценки болевого синдрома в области сердца с использованием клинических данных и ИНС для повышения качества дифференциальной диагностики кардиалгического синдрома различного генеза.

Материал и методы

Проведено клинико­функциональное обследование 163 пациентов. Обследованные больные распределены на 3 группы. В 1­ю основную группу (ОГ­1) вошли 75 (46,0 %) человек (чел.) с вертеброгенной кардиалгией при шейно­грудном остеохондрозе, 2­ю основную (ОГ­2) составили 45 (27,6 %) чел. со стенокардией, в 3­ю основную (ОГ­3) включены 43 (26,4 %) обследованных с сочетанным болевым синдромом при шейно­грудном остеохондрозе и ИБС. Контрольную группу (КГ) составили практически здоровые лица (25 чел.).

Половозрастной состав обследованных пациентов приведен в табл. 1.

Как следует из табл. 1, в 1­й группе распределение по полу было примерно равномерным, в то время как в остальных группах большинство обследованных составляли мужчины.

Данные таблицы свидетельствуют о том, что все обследованные были в трудоспособном возрасте, при этом в 1­й и контрольной группе преобладали лица в возрасте 40–49, во 2­й и 3­й — 50–59 лет.

Интенсивность болевого синдрома оценивали методом визуальной аналоговой шкалы (ВАШ), длина которой составляла 10 см. Начало шкалы указывало на отсутствие боли, конечная точка — на непереносимую боль. Промежуточное значение баллов от 1 до 4 принималось за легкую, 5–6 баллов — умеренную, 7–8 — выраженную, а 9 баллов — резко выраженную боль [5].

Наряду с клинико­лабораторным исследованием проведены рентгенография шейного и верхнегрудного отдела позвоночника в двух проекциях, по показаниям выполнены функциональные пробы, электрокардиография (ЭКГ) в покое, нагрузочные ЭКГ­пробы (велоэргометрия или стресс­тест), модифицированная холодовая и позиционная пробы, эхокардиография, суточное мониторирование ЭКГ по Холтеру.

Результаты исследования обработаны с применением статистического пакета программ Microsoft Excel 2003, Statistica 6.0 и Statistica Neural Networks 4.0 B фирмы StatSoft, Inc. В зависимости от нормальности распределения применяли параметрические или непараметрические методы статистического анализа. Для проверки значимости связи между двумя категоризованными переменными использовали непараметрический критерий c². Статистически значимыми различиями считали при показателе p < 0,05.

Результаты и обсуждение

Характеристика боли в области сердца представлена на рис. 1.

Данные рисунка свидетельствуют о том, что наиболее часто обследованные 1­й группы предъявляли жалобы на боли в области сердца ноющего (статистически значимо по сравнению со 2­й и 3­й группой) и колющего (p < 0,01 — в сравнении с 3­й группой) характера, несколько реже встречалась сжимающая и давящая боль. У больных со стенокардией (ОГ­2) преобладали боли сжимающего, сдавливающего и колющего характера, а давящего — достоверно более часто у больных ОГ­2 и ОГ­3 по сравнению с ОГ­1. Во всех группах редко встречались боли жгучего характера, статистически достоверно более значимо — в группе стенокардии и сочетанного болевого синдрома по сравнению с 1­й группой (p < 0,05).

Частота появления кардиалгии при шейно­грудном остеохондрозе была ниже (1–2 раза в месяц), в основном она возникала после физической нагрузки и носила постоянный характер на период обострения (6–7 дней). При этом более чем половину больных этой группы и значительного большинство пациентов ОГ­2 боли в области сердца беспокоили несколько раз в течение суток, причем при ИБС они были в 1,5 раза чаще (p < 0,05). Один раз в день испытывали боль 25,3 и 15,5 % больных этих групп соответственно, у остальных приступы боли в области сердца выявлялись значительно реже — от раза за неделю до раза в месяц.

Данные о продолжительности болей в области сердца представлены на рис. 2.

Полученные результаты, указывают на преобладание у пациентов с кардиалгией при шейно­грудном остеохондрозе длительных болей в области сердца, до часа (p < 0,01) и более часа (p < 0,05), по сравнению с ангинозными приступами. В то же время кратковременные боли длительностью до минуты встречались редко в обеих группах. В ОГ­2 наиболее частыми были боли длительностью до 10 мин в сравнении с ОГ­1 (p < 0,01). Большая продолжительность болевого синдрома в данной группе встречалась также редко. Длительность приступов боли в ОГ­3 до 30 мин выявлялась наиболее часто по сравнению с ОГ­1 (у 24 чел. — 55,8 %; p < 0,001), что можно объяснить сочетанным механизмом развития болевого синдрома у данных лиц (ангинозной боли и ирритацией синувертебрального нерва при остеохондрозе шейно­грудного отдела позвоночника).

Локализация боли в грудной клетке у обследованных больных была весьма вариабельной (рис. 3).

Как следует из рис. 3, у больных ОГ­2 загрудинная боль была лидирующей по частоте (p < 0,01). Среди обследованных ОГ­1 наиболее часто определялась боль слева от грудины (у 43 чел. — 57,3 %), с достоверным различием по отношению к числу лиц со стенокардией (17 чел. — 37,8 %; p < 0,05). Среди обследованных этой группы боль в левой лопаточной области встречалась чаще, также как и в левой руке, и достоверно более часто в области шеи (24 чел. — 32,0 %, p < 0,05). Во 2­й группе также с достаточно равной степенью встречаемости выявлялась эта же локализация болевых ощущений, что подчеркивает общность иннервации сердца, тканей передней грудной стенки и плечевого пояса. Редко определялась боль в челюсти, в надключичной области, достоверно реже, чем у лиц с вертеброгенным генезом боли (p < 0,05).

Локализация болевых ощущений при болевом синдроме в области сердца сочетанного генеза более характерна для типичных ангинозных болей. Так, боль за грудиной выявлялась у 30 (69,8 %) больных, боли в левой руке — у 27 (60,5 %), слева от грудины — у 24 (55,8 %) обследованных. В сравнении с лицами КГ наиболее часто беспокоила боль в области левого соска (13 чел. — 52,0 %), а также слева от грудины (11 чел. — 44,0 %). Во всех случаях достоверное различие определялось от p < 0,05 до p < 0,001.

Важным критерием при проведении дифференциальной диагностики у больных с болями в области сердца является интенсивность болевого синдрома, определяемая по ВАШ в основных группах. Результаты исследования представлены на рис. 4.

Данные рис. 4 указывают на наличие умеренно выраженной боли при вертеброгенной кардиалгии, а выраженной — при стенокардии. Практически с одинаковой частотой в ОГ­3 выявлялась умеренная и выраженная интенсивность болевого синдрома (22 чел. — 51,2 % и 20 чел. — 46,5 % соответственно), достоверно отличаясь от обследованной группы с вертеброгенной кардиалгией (p < 0,05).

Значительная вариабельность установлена при исследовании условий возникновения боли в шейном отделе и грудной клетке. Выявлена достоверная связь появления кардиалгии с поворотами, наклонами корпуса и быстрой ходьбой у большинства больных 1­й группы по сравнению со 2­й (p < 0,01).

Большое число больных с вертеброгенной кардиалгией (46 чел. — 61,3 %) при сравнении со 2­й группой (p < 0,01) в качестве провоцирующего фактора болей в прекардиальной области указывали на психологическую нагрузку (стрессы, эмоциональное напряжение, конфликтные ситуации в семье или на работе).

Наиболее частыми причинами стенокардии у больных ОГ­2, в отличие от обследованных ОГ­1, выступали быстрая ходьба (у 18 чел. — 40,0 %), ходьба на расстояние до 100–200 м (у 17 чел. — 37,8 %; p < 0,05 по отношению к 1­й группе), вследствие чего больной должен был остановиться или замедлить шаг.

Ведущими провоцирующими факторами болей в области сердца у больных с сочетанным болевым синдромом являлась быстрая ходьба. Несколько реже кардиалгия возникала ночью, под влиянием стрессовых факторов на работе, а также беспричинно. Поворот туловища провоцировал боль в прекардиальной области у 21 (48,8 %) больного этой группы, что было достоверно чаще, чем в группе «чистой» стенокардии (p < 0,01). В КГ кардиалгии возникали спонтанно, без видимой причины, под влиянием психогенных факторов или в ночное время.

Большинство больных 1­й группы отмечали, что боль в области сердца проходила самостоятельно (39 чел. — 52,0 %; p < 0,05 по отношению к больным 2­й группы) или при перемене положения тела. Прием нитроглицерина, валокордина, валидола эффекта не оказывал. Действенными были лишь прием анальгезирующих препаратов внутрь или инъекция обезболивающего средства.

Наибольшее количество больных 2­й группы среди факторов, способствующих уменьшению боли в области сердца, назвали прием нитроглицерина, остановку при ходьбе и прекращение физической нагрузки (21 чел. — 46,7 %), что выявило статистически значимое различие по сравнению с показателями 1­й группы. У 13 (28,9 %) чел. со стенокардией боли купировались самостоятельно.

Ограничение объема активных и пассивных движений в шейном отделе позвоночника в 1­й группе было обусловлено дегенеративно­дистрофическими изменениями, что подтверждалось данными спондилографии. Была выявлена сглаженность шейного лордоза (9 чел. — 12,0 %), напряжение шейных мышц слева (у 29 — 38,7 %). Среди обследованных 2­й группы при изучении ортопедического статуса ограничение движения в шейном отделе позвоночника не определялось.

В период обследования у больных со стенокардией изменений ортопедического и неврологического статуса не выявлено.

Для определения значимости составляющих кардиалгического синдрома была построена сеть, в которой анализировали 14 входных параметров, характеризующих результаты клинического и ортопедо­неврологического обследования больных. Один выходной показатель был связан с промежуточным, скрытым слоем, состоявшим из 7 нейронов. Показатель на выходе ИНС устанавливался в виде номинальных значений: «вертеброгенная кардиалгия», «стенокардия».

Среди 75 пациентов с вертеброгенной кардиалгией методом случайного отбора выделили 33 наблюдения для обучающего множества и 42 — контрольного, со стенокардией — 27 и 18 соответственно. Для обучения ИНС применялся алгоритм многослойного персептрона методом обратного распространения.

С помощью генетического алгоритма отбора данных Statistica Neural Networks, который выполняет большое число экспериментов с различными комбинациями входных данных, оценивает результаты и использует их в дальнейшем поиске наилучшего варианта, были определены 9 показателей из 14, наиболее информативных для проведения задач классификации кардиалгического синдрома: характер болевого синдрома в области сердца, локализация боли, условия возникновения и купирования болевого синдрома, локальная болезненность шейных остистых отростков, паравертебральных точек, мышц шеи, грудных мышц и симптомы натяжения левой руки.

Модифицированная нейронная сеть, включающая параметры, характерные для больных с кардиалгическим синдромом вертеброгенного и невертеброгенного генеза, представлена на рис. 5.

После сохранения лучшего варианта обученной сети было проведено исследование контрольного множества данных. ИНС корректно определила все случаи вертеброгенной кардиалгии и 16 из 18 — стенокардии, при этом 2 оставшихся случая нейронная сеть расценила как неопределенные.

Несомненный интерес представляло определение реального «вклада» различных входных параметров в прогностическую оценку диагноза, определяемого нейронной сетью.

С этой целью использовалась функция программы Sensitivity analysis, которая позволяет ранжировать «вес» каждого из входных параметров, при этом чем выше итоговое значение, тем более важна исследуемая переменная. Результаты анализа приведены в табл. 2.

Как следует из приведенных данных, для вертеброгенной кардиалгии высокой значимостью обладали данные объективного обследования неврологического статуса больного с кардиалгическим синдромом. Немаловажное значение имели условия возникновения, купирования болевого синдрома в области сердца и тот факт, что характер боли в прекардиальной области имел относительно небольшое значение для диагностики вертеброгенной кардиалгии, в отличие от стенокардии.

На основании полученных данных проведен ROC­анализ и построены характеристические кривые, отражающие интегральный показатель чувствительности и специфичности для каждого из входных параметров нейронной сети. Чувствительность созданной ИНС достигала 97,7 %, специфичность — 91,1 %.

Выводы

1. Выявлены клинические особенности проявлений кардиалгического синдрома при остеохондрозе шейно­грудного отдела позвоночника, ИБС и их сочетании. Условия возникновения, длительность, интенсивность, локализация и характер боли в области сердца являются объективными критериями для проведения дифференциальной диагностики при этих заболеваниях.

2. Тщательно собранные жалобы и анамнез, дополненные объективным осмотром (пальпаторное исследование позвоночника, паравертебральных точек, мышц, межреберных промежутков, положительные симптомы натяжения), позволяют определить вертеброгенный генез кардиалгического синдрома.

3. Дифференциация характера прекардиальной боли с помощью метода искусственных нейронных сетей позволила с высокой степенью достоверности проводить диагностику кардиалгического синдрома вертеброгенного и коронарного генеза с показателями чувствительности и специфичности данного метода, достигающими 97,7 и 91,1 % соответственно с использованием искусственных нейронных сетей, определены наиболее значимые диагностические критерии, которые должны учитываться при проведении дифференциальной диагностики кардиалгического синдрома.