Основные физические характеристики тонов и шумов сердца - звуковая симптоматика приобретенных пороков сердца
С позиций колебательно-волновой теории звука необходимо систематизированно изложить основные характеристики тонов и шумов сердца. Звук имеет следующие признаки: 1) интенсивность- 2) частотную характеристику, характер («окраску»), тембр- 3) длительность, скорость возникновения и исчезновения.
Основываясь на изложенных выше положениях о физике звука, мы позволим себе дать прежде всего чисто теоретические представления о тонах и шумах сердца, придерживаясь приведенных трех пунктов. Что касается ряда деталей и точных цифровых выражений (главным
1 Подробно на спектральном анализе звуков с применением магнитной записи мы остановимся в главе IX.
образом в отношении частотной характеристики), то мы подробнее остановимся на этом вопросе ниже.
Интенсивность тонов и шумов определяется амплитудой колебаний, входящих в данный звук. Наша субъективная оценка при аускультации интенсивности тона и шума не всегда соответствует объективной (физической) интенсивности звука. Это связано с особенностями нашего слухового анализатора, неодинаково чувствительного к звукам разной частоты. При такой оценке два звука с одинаковой амплитудой, но разной частотой могут быть восприняты как звуки различной интенсивности. Это имеет место при восприятии низких и высоких частот. К последним ухо более чувствительно. Так, например, чтобы для нашего слуха по силе одинаково прозвучали звуки частотой в 50 и 4000 Гц, первые должны иметь интенсивность 10~10 вт/см2, а вторые— 10-1в вт/см2, т. е. первые должны быть интенсивнее на 106(!).
Резюмируя, следует сказать, что существуют объективная и субъективная оценки силы тонов и шумов. Первая зависит лишь от амплитуды колебаний, вторая — от особенностей слухового анализатора.
Очень небольшое число работ посвящено изучению интенсивности тонов и шумов сердца. Часть этих работ дает представление лишь о максимальной (суммарной) интенсивности тона или шума, без распределения энергии по частотным составляющим.
В. В. Ефимов (1952) определяет интенсивность тонов сердца в 10~10 вт/см2. Это меньше интенсивности шепотной речи (10-9 вт/см2).
Раппопорт и Спрэг (Rappoport, Sprague, 1941) указывают на то, что предел интенсивности тонов и шумов сердца 10 дб.
Н. М. Ливенцев определяет интенсивность тонов через стетоскоп в 10 дб.
Лепешкин [США (Lepeschkin)] определял интенсивность тонов и шумов с помощью специально сконструированной аппаратуры, в которую входит электрический стетоскоп. В 1957 г. им были получены следующие данные: I тон у здоровых людей в точке максимальной интенсивности имел от 20 до 60 дБ, II тон на аорте — 30— 70 дБ, на легочной артерии — 25—65 дБ. Систолические шумы колебались от (—)20 ( не слышны ухом) до 40 дБ, высокочастотный музыкальный шум до 50 дБ.
Ричард (Richard) при изучении частотной характеристики тонов и шумов получал интенсивность их до 40 дБ.
С. Ф. Олейник, применив звукомерный стетоскоп (модификация звукомерного стетоскопа Бокка), получил следующие данные: интенсивность нормальных тонов в пределах 40—50 дБ, систолический шум средней громкости 20—35 дБ.
Таким образом, интенсивность тонов и шумов сердца лежит в широких пределах: от неслышимых нашим ухом (20 дБ) до довольно интенсивных звуков в 50—70 дБ.
Приведенные данные об интенсивности тонов и шумов, как видно, весьма разноречивы. Это объясняется сложностью и несовершенством методики измерения последней.
Большой интерес представляют данные о частотной характеристике тонов шумов сердца.
Установление распределения энергии по частотам неизбежно связано с изучением частотной характеристики тонов и шумов сердца, их спектрального состава. К изложению этой стороны характеристики тонов и шумов мы и переходим.
Как указывалось выше, современные методы анализа звука основаны на замене непосредственного анализа звука анализом электрических колебаний. Звук, воспринимаемый микрофоном, преобразуется в электрические колебания и усиливается. Микрофон и усилитель при этом, разумеется, не должны вносить существенных искажений.
Изучение частотной характеристики тонов и шумов сердца представляет большой теоретический и практический интерес, так как позволяет решить вопрос об их физической природе, выяснить генез некоторых из них, уточнить диагностику клапанного поражения. В принципе это может быть осуществлено так же, как и изучение частотной характеристики любого звука.
Для изучения частотного состава тонов и шумов сердца применяется ряд методов. Каждый из них имеет определенные преимущества и недостатки. Целесообразно лишь вкратце остановиться на их перечислении, так как каждый из методов технически достаточно сложен, имеет серьезное-физическое обоснование и требует специального изучения. Описание их заняло бы слишком много места,
Одно из первых Сообщений о специальном изучений частотной характеристики сердечных (и легочных), звуков относится к 1925 г., когда американские исследователи Кэбот и Додж.(Cabot, Dodge) применили для этой цели так называемый электрический стетоскоп. Сущность метода заключалась в преобразовании звуковых колебаний в электрические. Последние пропускали через электрический фильтр-разделитель, с помощью которого все компоненты какого-либо звука выше и ниже желаемой частоты удалялись.
Применялась система «низкопроводящих», «высокопроводящих» и «узкопроводящих» фильтров. Не останавливаясь на подробностях этой методики, следует лишь заметить, что она имела ряд недостатков. Во-первых, по существу речь шла не о развернутом представлении о всех частотах, входящих в тот или иной звук, а о выключении той или иной полосы частот. Во-вторых, электроакустическая аппаратура того времени обладала малоподвижной инерционной системой (например, не было электронно-лучевой трубки), что вносило большую степень искажений. Это подтверждается также тем, что сопоставление данных частотной характеристики тонов и шумов сердца, полученных Кэботом и Доджем, с современными данными показывает большую степень расхождений.
В 1926 г. была опубликована работа Уильямса и Доджа (Williams, Dodge), посвященная анализу сердечных тонов, также с применением электрического стетоскопа.
Сообщения Раппопорта и Спрэга (1941) также основаны на применении электрического стетоскопа, но более сложной и более совершенной конструкции.
Смит, Эдвардс и Каунц (Smith, Edwards, Kountz) использовали для записи сердечных колебаний и их последующего анализа катодный луч (1941)..
Маннхеймер (Mannheimer.) для изучения частотной характеристики тонов и шумов сердца (1941) применил кристаллический микрофон и фонокардиограф с системой фильтров двух типов — высокопропускающих и низкопропускающих. Эти фильтры разделяют весь спектр сердечных звуков на отдельные группы частот («калиброванная фонокардиография»).
В связи с развитием фонокардиографии целый ряд Данных частотной характеристики тонов и шумов сердца
получен этим методом с примбнением различных фильтров [Маасе и Вебер (Maass, Weber.)- Луизада, Ричмонд и Араванис (Luisada, Richmond, Aravanis)- Шлиттер и Шельмерих (Schlitter, Scholmerich)- Холлдак и Вольф (Holldack, Wolf)- Уэллс, Джаконо и Фридлэнд (Wells, Jacono, Friedland) и др.].
Разработка специальных методов исследования с применением современной акустической аппаратуры позволила в течение нескольких последних лет успешно изучать частотную характеристику тонов и шумов сердца. В связи с этим следует прежде всего упомянуть работы американских исследователей: Гекелер, Лыков, Мэсон, Риз и Вирт (1954), Мак Кузик, Тэлбот и Вебб (1954), Родбард, Мендельсон и Элисберг (1955), Ричард (1957k Агресс и Филдс (1959).
В Судетском Союзе косвенные данные о частотной характеристике тонов ишумов сердца также были получены главным образом на основе фонокардиографического метода исследования (Н. Н. Савицкий, И. И. Савченков, А. И. Кобленц-Мишке, В. В. Соловьев, Р. Б. Минкин и некоторые другие). Первым специальным исследованием частотной характеристики звуков сердца у нас в стране была работа С. Ф. Олейника. Однако его методика, по нашему мнению, не лишена ряда недостатков (визуальное наблюдение с экрана спектрометра с последующей зарисовкой, невозможность выделения отдельных компонентов сердечного звукового цикла). В. Н. Дзяк также считает, что следует отдать предпочтение фоторегистрации с экрана спектрометра.
Л. Н. Гончарова (1962) сообщила о применении аналогичной методики спектрального анализа звуков сердца, однако, так же как и С. Ф. Олейник, без выделения отдельных компонентов сердечного цикла.
Нами (Г. И. Кассирский) в 1957 г. была разработана методика частотного анализа тонов и шумов сердца с помощью звукового спектрометра с применением предварительной магнитной записи их.
Для изучения частотной характеристики тонов и шумов сердца был использован инфразвуковой спектрометр ССп-10 производства ГДР.
Принцип устройства спектрометра следующий (рис. 8). Входной сигнал попадает в систему параллельно включенных фильтров. Каждый из фильтров пропускает определенную узкую полосу частот, в сумме покрывая весь диапазон исследуемых частот. Для всех фильтров выдерживается линейность шкалы амплитуд, что обеспечивает на выходе из каждого фильтра получение одинаковых амплитуд напряжения. Усилитель также не вносит существенных искажений. 
Рис. 8. Упрощенная блок-схема звукового анализатора.
ПУ — предварительный усилитель- Фх—Фя — фильтры- У — усилитель-
Д — детектор- /С2 — коммутаторы- Б — батарея- Л1 — мотор- КА— киноаппарат- Э — электронно-лучевая трубка.
Система коммутатора производит «сбор показаний фильтров» и обеспечивает ступенчатую развертку на экране электронно-лучевой трубки. Обычно в секунду происходит 10—15 полных оборотов ползунков коммутатора, т. е. за 1 секунду картина повторяется на экране 10—15 раз. Это создает для глаза цельное изображение, которое может быть сфотографировано одномоментно или с помощью кинокамеры.
Киносъемка при учете скорости развертки аппарата может вестись лишь с частотой менее 10 кадров в секунду. При большей скорости мы увидим в каждом кадре лишь ту часть спектра, которая успела развернуться.
Использовавшийся нами спектрометр имеет 27 фильтров, суммарно покрывающих диапазон от 8,7 до 713 гц1. Приводим таблицу фильтров и пропускаемых ими частот.
1 Название «инфразвуковой спектрометр», данное прибору фирмой, неточно. Правильнее было бы назвать его «преимущественно низкочастотным спектрометром».
Фильтр № | Частотав Гц | Фильтр | Частотав Гц | Фильтр | Частотав Гц |
1 | 8,7 | 10 | 100 | 19 | 283 |
2 | 19,5 | 11 | 112 | 20 | 318 |
3 | 30 | 12 | 126 | 21 | 360 |
4 | 40 | 13 | 141 | 22 | 400 |
5 | 50 | 14 | 159 | 23 | 500 |
6 | 60 | 15 | 178 | 24 | 550 |
7 | 70 | 16 | 200 | 25 | 566 |
8 | 80 | 17 | 225 | 26 | 636 |
9 | 90 | 18 | 252 | 27 | 713 |
Каждой частоте на экране электронно-лучевой трубки соответствует светящийся столбик (27 светящихся столбиков для удобства наблюдения расположены с несколько большим интервалом через каждые 3 столбика, рис. 9). 
Рис. 9. Развертка на экране электроннолучевой трубки звукового спектрометра.
Принцип определения на аппарате частотного спектра звука следующий. Входной сигнал представляет собой электрические колебания, возникшие в микрофоне, воспринявшем звуковые колебания. Если, например, мы воздействуем на микрофон звуком, который будет представлять собой тон в 50 Гц, то на экране электронно-лучевой трубки 5-й столбик, соответствующий частоте
в 50 Гц, вырастет. Высота столбика будет пропорциональна силе звука (энергии данной частоты). При воздействии на микрофон сложного звука, содержащего определенную полосу частот, на экране электронно-лучевой трубки столбики всех содержащихся в звуке частот поднимаются. При этом высота каждого из них будет соответствовать энергии данной частоты.
Справа на экране, за 27-м столбиком, расположены 4 градуировочных столбика. При калибровке аппаратуры стремятся к тому, чтобы величина каждого из них соответствовала определенной интенсивности (10, 20, 30 и 40 дБ). Однако такая точная калибровка очень сложна, требует постоянной проверки и зависит от режима работы аппарата. Поэтому можно ориентироваться на относительную величину интенсивности той или иной частоты (сохраняется кратное отношение 1 : 2 : 3 : 4). Например, звук, имеющий частоту от 10 до 200 Гц, даст подъем столбиков от 2-го до 16-го.
При этом мы решили принять за частоты с максимальной интенсивностью (максимальной энергией) такие, которые составляют не менее 3/4 уровня интенсивности, т. е. дают подъем до 3-го градуировочного столбика и выше.
В спектрометр звук может быть подан не только посредством микрофона, но и со звукозаписывающей аппаратуры — магнитофона. В этом случае мы получим частотную характеристику записанного звука с учетом искажений, внесенных этой аппаратурой.
При анализе звука на звуковом спектрометре очень важно учитывать длительность анализируемого звука. Как указывалось выше, система коммутаторов в аппарате работает с определенной скоростью, т. е. для анализа звука требуется определенное время — один полный оборот ползунка коммутатора (сбор показаний всех 27 фильтров). Для инфразвукового спектрометра ССп-10 время анализа составляет 0,1 секунды. Поэтому звук продолжительностью менее 0,1 секунды не может быть подвергнут анализу при однократной подаче его. Более того, даже более продолжительный, но однократный звук не может быть подвергнут анализу, так как неизвестно, в какой момент (в каком положении коммутатора) он попал в звуковой спектрометр. Иначе говоря, не будет синхронизации начала звука и начала анализа.
В. А. Красильников («Звуковые волны». М., 1954) пишет, что автоматический метод анализа пригоден только для периодически повторяющихся процессов (звуков). Если процесс однократный, то его необходимо превратить в периодически повторяющийся, для чего используют какой-либо метод звукозаписи (чаще всего магнитный). Полученную на магнитной ленте запись тем или иным способом многократно повторяют, при этом в анализатор поступает периодически повторяющийся звук. Учитывая эти особенности звукового спектрометра, мы не можем представить себе получение правильных данных частотной характеристики тонов и шумов сердца при производстве анализа путем непосредственного исследования звуков, попадающих в микрофон при наложении его на область сердца. Во-первых, звуки сердца (отдельно I и II тоны, шумы) хотя и повторяются с частотой, соответствующей частоте сердечного ритма, но каждый в отдельности (особенно тоны) имеет небольшую продолжительность, а интервалы между ними (например, между I тоном и систолическим шумом) совсем ничтожны (практически отсутствуют). Если учесть время анализа аппарата, а также послесвечение экрана, то раздельный анализ всех компонентов звукового сердечного цикла (особенно в патологии) невозможен. В этом случае мы будем иметь лишь суммарную частотную характеристику звуков всего сердечного цикла. Однако здесь кроется и вторая ошибка, так как начало анализа не будет совпадать с началом сердечного цикла, т. е. будет отсутствовать синхронизация.
Мы считаем целесообразным применение не одномоментной съемки, а киносъемки со скоростью 8 кадров в секунду (каждый кадр занимает, следовательно, Vs секунды, или 0,125 секунды). Это позволяет уловить минимальные колебания спектра. В то же время эта скорость не противоречит времени анализа аппарата (0,125 секунды на один кадр при времени анализа аппарата 0,1 секунды).
При освоении этого метода нами первоначально была сделана попытка изучить частотный спектр тонов и шумов сердца путем наложения микрофона на область сердца. Так как мы при этом применили киносъемку, а не визуальное наблюдение, то сразу обнаружили разнобой в результатах. Повторное исследование у того же больного через несколько минут давало совершенно другие цифры.
Поэтому мы пришли к выводу о необходимости применения предварительной магнитной записи тонов и шумов сердца с выделением из нее отдельных компонентов сердечного звукового цикла (тона, шума) и его последующим анализом*. 
Рис. 10. Кардиоспектрограмма по методу спектральной фонокардиографии (из работы Гекелера, Лыкова, Мэсона, Риза и Вирта): спектрограмма и стандарт степени зачернения при различных уровнях интенсивности в децибелах.
Подтверждение своих выводов мы нашли в работах Ричарда, Гекелера, Лыкова, Мэсона, Риза и Вирта, Мак Кузика, Вебба, Брейшау и Тэлбота (McKusick, Webb, Brayshaw, Talbot), Оберхоффера, Агресса и Филдса, применявших для частотного анализа тонов и шумов магнитную запись.
Мы не считаем целесообразным подробно останавливаться на методах перечисленных авторов. Ими всегда применялась специально сконструированная аппаратура, основанная также на автоматическом анализе звуков с применением фильтров и фиксацией данных с помощью фото- и киносъемки.
- Техника выделения компонентов будет описана ниже.
Ричард пользовался аппаратурой, по конструкции близкой к описанной нами. Он также выделял из магнитной записи отдельные компоненты сердечного звукового цикла (тон, шум). Однако изображение на экране получалось не в виде столбиков, а в виде сплошного наслоения кривых, записываемых лучом электронно-лучевой трубки. По вертикальной оси также отмечалась интенсивность, по горизонтальной — частоты. 
Рис. 11. Оборотная сторона вырезанного участка ленты.
Н — начало- К — конец.
В работах Гекелера, Лыкова, Мэсона, Риза и Вирта, Мак Кузика, Брейшау и Тэлбота применялась так называемая спектральная фонокардиография. На кардиоспектрограммах (рис. 10) длительность звуков отмечается по горизонтальной оси, частоты — по вертикальной, а интенсивность определяется степенью черноты (последняя сравнивается со стандартом, изображенным на рисунке). Метод этих авторов позволяет ограничиться выделением одного сердечного звукового цикла, но также с многократным его повторением. Кардиоспектрограммы дают возможность в отличие от других методов учитывать все три характеристики: время, частоту, интенсивность (наш метод — частоту и интенсивность). Однако определение интенсивности по степени черноты не может быть осуществлено достаточно точно. На это справедливо указывает и А. И. Кобленц-Мишке.
Итак, наша методика частотного анализа складывается из следующих этапов:
- Магнитная запись тонов и шумов сердца у больного. Она осуществляется со строгим соблюдением правил и условий записи (запись в большинстве случаев велась при скорости 770 мм/сек). На специальных карточках подробно фиксируются все важнейшие данные из истории болезни. Данные аускультации записываются дополнительно после самостоятельного аускультативного исследования.
- Выделение необходимого компонента сердечного звукового цикла. Оно проиаводится следующим образом. Прослушивая запись, останавливают ленту обычно перед первым тоном. Затем вручную медленным поворотом приемной и подающей кассет на слух и по отклонению стрелки контрольного прибора определяют начало звука (I тона, II тона, шума). На оборотной стороне пленки (там, где нет ферромагнитного слоя) мягким карандашом делают отметку. Ее следует наносить точно против зазора звуковоспроизводящей головки. Аналогичным способом, отмечают конец соответствующего компонента.
Рис. 12. Отрезок ленты, склеенный в кольцо.
Осуществление такого выделения компонентов, особенно при сложной звуковой симптоматике, требует выработки навыка.
Участок ленты между двумя отметками вырезают, на обратной стороне его карандашом наносят учетный номер, и отмечают начало и конец звука или направления движения (рис. II).
Для получения периодического повторения звука отрезок ленты склеивают в кольцо (рис. 12). При этом концы ленты должны заходить друг на друга минимально на 3—4 мм. Это обеспечивает достаточную прочность склейки и не приводит к существенному искажению звука.
Приведем некоторые расчеты длины отрезка ленты. При скорости 770 мм/сек длина отрезка ленты со звуком длительностью 0,1 секунды будет 77 мм (7,7 см), со звуком длительностью 0,2 секунды — 15,4 см. Получавшиеся отрезки ленты с записью тонов и шумов сердца колебались от 9,5 до 16 см. Это позволяет до известной степени судить о длительности тона или шума.
- Воспроизведение кольца на магнитофоне. Для воспроизведения кольца на магнитофоне мы использовали магнитофон МАГ-8м. При этом потребовалось создание специального устройства, позволяющего получить беспрерывное движение колец с различными диаметрами. Для этого на магнитофоне были установлены дополнительная маленькая магнитная головка воспроизведения,
направляющие ролики и пружинящая оттяжка (рис. 13).
Таким образом, при включении воспроизведения звук на кольце беспрерывно повторялся со скоростью 5—7 раз в секунду. Правильное направление вращения кольца определялось его правильной установкой по отметкам на обратной стороне ленты. 
Рис. 13. Верхняя панель магнитофона МАГ-% м с дополнительной головкой воспроизведения.
/—дополнительная головка воспроизведения с экраном (крышка снята)-
2 — кольцо магнитной ленты- 3 — направляющие ролики и пружинящая
оттяжка.
При воспроизведении осуществляется на слух контроль через динамик с установлением номинального выходного уровня по контрольному прибору воспроизведения.
- Получение показаний звукового спектрометра. Магнитофон подключается к звуковому спектрометру (что предусмотрено конструкцией последнего). Правила работы со звуковым спектрометром изложены в прилагаемой к нему инструкции. Особое значение имеет правильная установка усиления и избрание максимальной длительности послесвечения экрана (имеется возможность регулировки), так как последнее обеспечивает хорошее наблюдение за спектром.
Прежде чем приступить к киносъемке с помощью специально приданной к спектрометру кинокамеры, целесообразно провести визуальное наблюдение и записать показатели. После визуальной ориентировки производится киносъемка серией в 10—20 кадров (1—2 секунды
съемки). Для отграничения на киноленте следующей группы кадров (другого звука) производится съемка 3—4 пустых кадров (без звука) *. По этим кадрам также можно хорошо судить об отсутствии помех. После проявления киноленты расшифровка ведется просмотром ее на белом фоне с помощью лупы (лента шириной 16 мм). Максимальная ширина спектра определяется по крайним реагирующим (поднимающимся) столбикам- интенсивность частоты, т. е. распределение энергии частот, по высоте столбиков. За максимальные, как мы указывали выше, принимаются столбики высотой, равной высоте 3-го градуировочного столбика, или выше.
*Съемка одиночных кадров предусмотрена конструкцией кино камеры.
Мы также учитывали колебания ширины спектра и интенсивности на основании изучения всей серии кадров, что соответствовало различным отрезкам звука.
Мы использовали негативную кинопленку, так как производили с нее увеличение отпечатков, которые отображали картину спектра так, как она выглядела на экране (фон темный, столбики светлые).
Прежде чем перейти к изложению результатов наших исследований, необходимо остановиться на вопросе о частотных искажениях и ограничениях, связанных с аппаратурой.
Как видно из описания спектрометра, диапазон исследуемых частот ограничен снизу 8,7 Гц, а сверху — 713 Гц. Применение инфразвукового стектрометра мы нашли более целесообразным, чем спектрометра, имеющего фильтры более высокой частоты (например, использовавшегося в работе С. Ф. Олейника). Проигрывая на некотором срезании высоких частот (вспомним, что большинство авторов называют верхним пределом звуков сердца 4000 Гц), мы выиграли на более подробном представлении о низких частотах. Однако мы, так же как и названные нами выше исследователи, применявшие предварительную магнитную запись звуков сердца, вели отсчет от 40 Гц (а не от 8,7 Гц). Это обусловлено частотной характеристикой магнитной записи*. Таким образом.
мы анализировали частоты от 40 до 713 Гц. Срезание нижней границы мы не считаем серьезным дефектом метода, так как в своей работе ставили целью выяснение частотной характеристики в сопоставлении с данными аускультации (т. е. от нижней границы в 16—20 Гц).
* Магнитофон, записывает без существенных искажений звуки с частотой от 40 Гц и до частот, значительно превышающих верхнюю границу характеристики тонов и шумов сердца.
Выяснение наличия в тонах и шумах сердца инфра- и ультразвуковых колебаний может служить предметом специального исследования.Сквозная частотная характеристика всего акустического тракта: микрофон — усилитель записи — записывающая головка — лента — воспроизводящая головка — усилитель воспроизведения — выходной сигнал была корректирована с допуском минимальных искажений, не сказавшихся на достоверности данных. Неравномерность уровня в наших исследованиях для диапазона от 70 до 713 Гц составляла ±3 дБ, для диапазона от 40 до 70 Гц была равна ±5 дБ относительно уровня на частоте 1000 Гц. Мак Кузик с соавторами пользовался аппаратурой с линейной характеристикой от 30 Гц, завалом в 5—10 дБ для 20 Гц и 20 дБ для 15 Гц по отношению к уровню 30 Гц.
За рубежом количество работ, посвященных специальному исследованию частотной характеристики тонов и шумов сердца, увеличивается с каждым годом. Укажем на основные результаты, полученные в исследованиях Луизада с соавторами, Мак Кузика с соавторами, Гекелера, Лыкова, Вирта, Мэсона, Риза, Ричарда, Уильямса, Уэллса, Джаконо, Фридлэнда, Тренделенбурга, Оберхоффера, Шлиттера, Шелмериха, Маннхеймера (Luisada a. oth., McKiisick a. oth., Geckeler, Likoff, Wirth, Mason, Riesz, Richard, Williams, Wells, Jacono, Friedland, Trendelenburg, Oberhoffer, Schlitter, Scholmerich, Mannheimer).
По полученным ими данным, тоны и шумы сердца содержат частоты до 1000 Гц. Лишь некоторые из авторов (Мак Кузик, Вебб и др.) указывают на возможность наличия в шумах более высоких частот — до 1400 Гц, а в акцентированных тонах — до 3000 Гц, однако собственных наблюдений с такими результатами они не приводят.
Большинство исследователей считает также, что в норме тоны содержат преимущественно низкие частоты (до 400—500 Гц), причем I тон более низкой частоты, чем II. И в I и во II тоне максимальная энергия в норме падает на частоты до 100—150 Гц. В патологии тоны могут иметь высокие частоты — до 700—900 Гц и более.
Несколько слов о нормальных III и IV (предсердном) тонах. Оба они аускультируются редко. Это объясняется их низкочастотной характеристикой и малой интенсивностью. Джаконо и Фридлэнд пишут, что III -тон имеет чаще всего до 60—100 Гц, IV тон — до 60—120 Гц. При фонокардиографическом исследовании их лучше удается зарегистрировать на низкочастотных каналах.
Шумы, как правило, включают более широкую полосу частот, чем тоны с разнообразным распределением энергии. Если преобладает энергия в области низких частот, шумы носят низкочастотный характер, если преобладают высокие частоты (600—1000 Гц)—высокочастотный характер. При более или менее равномерном распределении энергии шум имеет характер сплошного, широкополосного звука.
Как мы уже указывали, тембр звука, «окраска звука» определяется присутствием обертонов. Возможность различать звуки музыкальных инструментов (рояля, скрипки, трубы, камертона), а также отличать голос одного певца от голоса другого основана на различии тембров музыкальных звуков. Характер сердечных тонов и шумов (в последних существует больше оттенков) не может быть полностью адекватен понятию «тембр». В существо тембра вкладывается понятие о музыкальных звуках, которые, хотя и являются сложными, состоят из ряда простых тонов с кратным отношением частот.
Существует большой словесный набор для определения характера встречающихся сердечных шумов. Обычно приводится большой перечень самых разнообразных определений и сравнений шумов, демонстрирующий, с одной стороны, их разнообразие, а с другой — субъективность авторов, дававших эти определения и сравнения.
Характер тонов и шумов сердца зависит от преобладания (по энергии) тех или иных частот. Поэтому можно говорить о низком и высоком сердечном тоне (I или И), о низкочастотном и высокочастотном шуме.
С. Ф. Олейник, излагающий этот вопрос с правильной теоретической позиции, все же считает возможным употребление термина «тембр сердечных шумов».
В связи с изложенным представляется интересным привести данные частотной характеристики звуков, которые мы слышим в природе и в быту.
В. Г. Корольков приводит следующие пределы частотных диапазонов звучаний (от нижнего до верхнего):
Барабан............................................................. 80— 4 000 Гц
Орган.............................................................. 16— 8 000 »
Рояль.............................................................. 30— 8 000 »
Виолончель ........................................ 80—12 000 »
Скрипка ......................................................... 200—13 000 »
Труба.................................................. 170— 8 000 »
Флейта ........................................................... 240—13 000 »
Мужская речь...................................... 100— 8 000 »
Женская речь....................................... 500—10 000 »
Писк комара................................................ 12 000—16 000 »
Г ром..................................................................... 20— 40 »
При аускультации так называемых музыкальных шумов сердца в ряде случаев определяется звук, близкий (но не идентичный) по своему характеру музыкальному (скрипка, флейта, волынка). По своей физической сущности он приближается к музыкальным звукам, содержащим основной тон и обертоны. Мак Кузик, Вебб, Хамфриз и Рид (Humphries a. Reid) пишут, что музыкальные шумы имеют более или менее хорошо организованную гармоническую систему.
Таким образом, мы видим, что спектр частот тонов и шумов сердца лежит в довольно ограниченных пределах по сравнению с «обычными» для нашего слуха звуками. Максимум энергии в этом спектре падает на еще более ограниченную область низких частот.
Длительность тонов и шумов, быстрота их возникновения и исчезновения. Данные о длительности тонов весьма обширны и многообразны (табл. 3).
Анализ приведенных данных позволяет сделать вывод, что длительность I и II тонов лежит в основном в пределах от 0,07 до 0,15 секунды, в среднем составляя 0,11 секунды.
Звуки такой длительности оцениваются нашим слухом как короткие- они характеризуются быстрым возникновением и быстрым исчезновением (затуханием колебаний). Что касается шумов, то длительность их весьма различна. А. И. Кобленц-Мишке справедливо указывает, что в некоторых случаях по длительности звука невозможно решить вопрос, тон это или шум. Однако большинство шумов занимает более половины соответствующей фазы — систолы или диастолы, и, следовательно, длительность их превышает длительность тонов.
Таблица 3 Таблица длительности тонов (сводные данные)
Уэллс приводит следующие данные относительно длительности шумов: систолический шум при стенозе устья аорты — 0,18 секунды, «непатологические систолические шумы на верхушке сердца» — 0,18—0,25 секунды, на основании — 0,15—0,20 секунды.
Быстрота появления и исчезновения шума при такой длительности также большая, практически шум появляется внезапно. Затухание шума, очевидно, происходит несколько медленнее.
Подводя итог изложенным в настоящей главе данным, мы хотели бы дать более или менее полное определение физической характеристики сердечного тона и шума на основе теоретических представлений акустики.
Тон сердца по своей физической характеристике является быстро затухающим звуком, состоящим из апериодических колебаний, образующих сплошной спектр.
Спектр частот тонов сердца в норме и патологии характеризуется той или иной шириной (частотной характеристикой) и распределением энергии (интенсивности) по частотам. В норме в тонах сердца преобладает энергия низких частот.
Сердечный шум по своей физической характеристике является более длительным и медленнее затухающим, чем тон сердца- он также состоит из апериодических колебаний, образующих сплошной спектр. Преобладание энергии (интенсивности) низких частот придает шуму низкочастотный характер, преобладание высоких частот — высокочастотный характер.
Музыкальный шум сердца имеет в своем составе периодические колебания (основной тон и обертоны) и приближается к музыкальному звуку.
