Автореферат и диссертация по медицине (14.03.03) на тему:Патофизиологическое обоснование методов неинвазивного контроля показателей системной гемодинамики (Клинико-экспериментальное исследование)

На правах рукописи

ЕРКУДОВ Валерий Олегович

ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ НЕИНВАЗИВНОГО КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СИСТЕМНОЙ ГЕМОДИНАМИКИ (КЛИНИКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)

14.03.03 - патологическая физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

- з и;ол

00555030^

Санкт-Петербург 2014

005550302

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Научный руководитель:

доктор биологических наук, доцент Пуговкин Андрей Петрович Официальные оппоненты:

Тюкавин Александр Иванович — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой физиологии и патологии ГБОУ ВПО СПХФА Минздрава России

Карпенко Михаил Алексеевич — доктор медицинских наук, профессор ФГБУ «Федерального медицинского исследовательского центра им. В.А. Алмазова» Минздрава России, заведующий лабораторией клинической ангиологии, заместитель директора Центра по научно-лечебной работе

Ведущая организация: ФГБУ «НИИОПП» РАМН

Защита диссертации состоится «23» сентября 2014 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 215.002.03 на базе ФГБВОУ ВПО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» МО РФ (194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д. 6).

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке и на сайте ФГБВОУ ВПО «Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова» МО РФ (http://www.vmeda.org).

Автореферат разослан « » Ьиди*/ 2014 г. Ученый секретарь диссертационного совета

доктор медицинских наук, профессор

Дергунов Анатолий Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

Общей проблемой применения методов оценю! параметров кровообращения в клинике является трудность сочетания минимальной инвазивности, простоты в использовании и необходимой точности. В первую очередь это касается методов исследования ключевых показателей системной гемодинамики: сердечного выброса (СВ) и системного артериального давления (АД). Своевременное получение информации о динамике СВ особенно важно в условиях реанимации (Кузьков В.В., Киров М.Ю., 2008; Субботин В.В. и др., 2007; Pinsky M.R., 2003; 2003;), так как зачастую это определяет тактику, продолжительность и эффективность лечения (Eingensberg Р.К., Jaffe A.S., Schuster D.P., 1984). Способы контроля системного АД в клинической практике находят еще более широкое применение. Показано, что изменение давления и формы пульсовой кривой в магистральных сосудах является значимым фактором при оценке динамики и прогнозирования исхода некоторых заболеваний сосудистой системы и почек (London G.M. et al., 2001; Safar M.E. et al., 2002; Roman M.J. et al., 2007). Необходимо отметить также, что волна давления в аорте и сонной артерии существенно изменяется при назначении разных групп антигипертензив-ных препаратов (Cameron J.D., McGrath В.Р., Dart A.M., 1998; Kjeldsen S.E. et al., 2002; Wing L.M. et al., 2003; Cockburn J.A. et al., 2009; Tahvanainen A. et al., 2009), возрастных изменениях параметров системной гемодинамики (Sander M. et al., 2006; Cooper E.S., Muir W.W., 2007), различных патологиях (O'Rourke M.F., Раиса A., Jiang X.J., 2001; Jelic S. et al., 2002; Wilkinson I.B. et al., 2002; Payne R.A. et al., 2007; Drager L.F. et al., 2007; Sharman J.E. et al., 2007; Noda A. et al., 2008), в условиях искусственного кровообращения (Buhre W. et al., 1999; Gôdje О. et al., 2002), где значения АД задаются конструкцией перфузионного устройства.

Однако разработка и применение способов оценки обсуждаемых показателей системной гемодинамики всегда сопряжены с методическими трудностями. Наименьшей погрешностью обладают прямые методы исследования (Jansen J.R. et al., 1981; Jhanji S., Dawson J., Pearse R.M., 2008), использование которых предполагает введение катетера в сосудистое русло пациента и поэтому осуществляется только в условиях отделений специализированных кардиохирур-гических стационаров. Но и в этом случае велик риск развития осложнений

(Gömez C.M., Palazzo M.G., 1998; Sandham J.D. et al., 2003; Harvey S. et al., 2005; Hadian M, Pinsky M.R, 2006; Bussiers J.S. et al., 2007). Кроме того, измерительная погрешность данных методов возрастает в условиях быстрого изменения гемодинамики (Siegel L.C., Hennessy М.М., Pearl R.G., 1996; Aranda M. et al., 1998; Cooper E.S., Muir W.W., 2007; Gruenewald M. et al., 2008). Традиционным неинвазивным средством измерения ударного объема (УО) левого желудочка является расчет по данным ультразвуковой допплеровской эхокардиографии (Hoskins P.R., 1990; Hudson I.et al., 1990), который пригоден для скринингового контроля данного показателя, но только при наличии специальной дорогостоящей аппаратуры и подготовленного персонала.

Поэтому проблема поиска и апробации альтернативных методов оценки системной гемодинамики остается актуальной. В последнее время особым вниманием пользуются способы, основанные на анализе пульсовой кривой в периферических сосудах с последующей реконструкцией формы волны и значений давления и потока крови в магистральных сосудах (Кузьков В.В., Киров М.Ю., 2008; O'Rourke, Seward, 2006; Jhanji S., Dawson J., Pearse R.M., 2008; Nelson M.R. et al., 2010). Данная задача была сформулирована давно (Карпман B.JL, Иоффе В.В., 1966; Александров A.JL, Кирюхин А.Б., Тищенко М.И., 1973; Фол-ков, Нил, 1976; Карпман В.Л, Ларин В.В., 1980; Свещинский М.Л. и др., 1987; Frank О., 1899; Erlanger J., Hooker D., 1904; Kouchoukos N.T., Sheppard L.C., McDonald D.A., 1970), но развитие получила только в последнее десятилетие вследствие совершенствования программного обеспечения средств математической обработки.

Сопряженность взаимосвязанных, параллельно протекающих процессов гемодинамики в магистральных и периферических сосудах - пульсовых колебаний потока крови и АД - открывает возможность для вычисления передаточной функции (ПФ) - дифференциального оператора, связывающего эти показатели (Chen-Huan С. et al., 1997; Karamananoglu M. et al., 1993; 1997; Lehmann E.D., 1998; Stergiopulos N., Westerhof B.E., Westerhof N„ 1998; Раиса A.L. et al., 2001; Adji A., O'Rourke M.F., 2004; O'Rourke M.F., Seward J.D., 2006; .Jhanji S., Dawson J., Pearse R.M., 2008; Cameron J.D., McGrath B.P., Dart A.M., 2009). Многочисленные исследования в данном направлении указывают, что использование ПФ является пригодным для осуществления вышеуказанных задач только в относительно стабильных условиях гемодинамики или физической нагрузки (Antonutto G. et al., 1995; Zöllner С. et al., 2000; Bein В. et al., 2004;

Bogert L.W., van Lieshout J.J., 2005; Delia Rocca G. et al., 2007; McGee W.T. et al., 2007; Waal E.E. et al., 2007; Critchley L.A., 2009). Серьезные сдвиги в системе кровообращения, вызванные кровопотерей, введением сосудосуживающих веществ, нагрузкой объемом, операционным вмешательством или различной патологией приводят к значительному увеличению технической и вычислительной погрешности обсуждаемых методик (Waal Е.Е., 2008; Gruenewald M. et al., 2008; Cooper E.S., Muir W.W., 2007; Sander M. et al., 2005; Rauch H. et al., 2005; Rödig G., 1999, Waal E.E. et al., 2007, Lorsomradee S. et al., 2007)

Сравнение методов оценки параметров системной гемодинамики, полученных с помощью анализа пульсовой кривой в периферических сосудах и методом прямой (инвазивной) регистрации дает в целом хорошую сопоставимость у взрослых (Wasserman К., Mayerson H.S., 1952; Buhre W. et al., 1999; Gödje О. et al.,1999; Deila Rocca G. et al., 2002; Felbinger T.W. et al., 2002; Wouters P.F. et al., 2005; Harvey S. et al., 2005; Ostergaard M., 2006; Shoemaker W.C. et al., 2006; Spöhr F. et al., 2007; Waal et al., 2007; Critchley L.A., 2009; Senn A. et al., 2009) и y детей (Zöllner С. et al., 2000; Peters M.J., Booth R.A., Petras A.J., 2004; Fakler U. et al., 2007), однако, взаимозаменяемость этих способов для контроля показателей системной гемодинамики в клинике категорически невозможна (Субботин В.В. и др., 2007; Jansen J.R. et al., 2001; Stover J.F. et al., 2009).

Степень разработанности темы диссертации

Попытки апробации и внедрения в клинику способов расчета показателей системной гемодинамики на основании анализа пульсовой волны предпринимались начиная с середины XX в. (Карпман В.Л., Иоффе В.В., 1966; Александров А.Л., Кирюхин А.Б., Тищенко М.И., 1973; Свещинский М.Л. и др., 1987; O'Rourke M.F., Avolio А.Р., 1980). Описанные в данных работах методы, хотя и не имели высокой измерительной погрешности, но, в то же время, их использование было невозможно для оценки СВ и системного АД в динамическом режиме по причине отсутствия в то время пригодного для этих целей программного и аппаратного обеспечения.

В настоящее время в условиях клинических отделений различного профиля применяются неинвазивные (Chen-Huan С. et al., 1997; Cameron J.D. et al., 1998; Wang J.J., et al., 2004; Roman M.J. et al., 2007; McEniery C.M. et al., 2008; Compton F. et al., 2008) и малоинвазивные, то есть требующие катетеризации только периферических артерий (Wesseling К.Н. et al., 1993; Scolletta S. et al.,

2005; Cecconi M., McKinney E., Rhodes A., 2006; Lorsomradee S. et al., 2007; Sak-ka S.G. et al., 2007; Mayer J. et al., 2008) методы, которые способны вести оценку показателей системной гемодинамики по данным исследования периферических сосудов в динамическом режиме. Общей проблемой их применения является зависимость вычислительной погрешности от стабильности гемодинами-ческих параметров (Antonutto G. et al., 1995; Zöllner С.et al., 2000; Bein B. et al., 2004; Bogert L.W., van Lieshout J.J, 2005; Deila Rocca G. et al., 2007; McGee W.T. et al., 2007; Waal E.E. et al., 2007; Critchley L.A., 2009). В то же время установлено, что показатели системной гемодинамики, оцениваемые обсуждаемым методом после быстрого введения сосудосуживающих препаратов, нагрузке объемом и массивной кровопотере, а также в условиях искусственного кровообращения могут существенно отличаться от полученных при прямой регистрации в тех же условиях (Waal Е.Е., 2008; Gruenewald М. et al., 2008; Cooper E.S., Muir W.W., 2007; Sander M. et al., 2005; Rauch H. et al., 2005; Rödig G., 1999, Waal E.E. et al., 2007, Lorsomradee S. et al., 2007).

При правильной постановке задачи указанных ограничений удается избежать. Различными авторами показана возможность применения данных методов для регистрации показателей системной гемодинамики при оценке эффективности антигипертензивных препаратов (Buhre W. et al., 1999; Kjeldsen S.E. et al., 2002; Wing L.M. et al., 2003; Nelson M.R. et al., 2010), возрастных изменений гемодинамики (Takazawa К. et al., 1998), при патологии (Schräm M.T. et al., 2004; Wilkinson I.B. et al., 2002) и в условиях искусственного кровообращения (Buhre W. et al., 1999; Gödje O. et al., 1999).

Исходя из сказанного, следует, что в литературе не имеется однозначного мнения о возможности применения методов оценки показателей системной гемодинамики по данным исследования периферических сосудов как при стабильной гемодинамике, так и в условиях переходных процессов кровообращения и при патологии. Все это и определило постановку цели и задач настоящего исследования.

Цель исследования

Изучение возможности неинвазивной непрерывной регистрации СВ и АД в магистральных артериях по данным исследования периферических сосудов у здоровых испытуемых и в острых опытах на крысах как в относительно стабильных условиях, так и при переходных состояниях системы кровообращения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить возможность оценки АД и СВ по данным исследования периферических сосудов в острых опытах на крысах и при обследовании контингента здоровых добровольцев.

2. Установить возможность использования неинвазивного метода ар-териоритмографии по способу Пеназа для получения значений УО левого желудочка и оценки СВ.

3. Апробировать методы регистрации абсолютных значений и формы пульсовой кривой давления в сонной артерии на основании данных исследования периферических сосудов в эксперименте при введении вазоактивных препаратов, после нагрузки объемом и моделирования острой кровопотери.

4. Оценить изменение механических свойств сосудистого русла при введении вазоактивных препаратов, увеличении объема циркулирующей крови и моделировании острой кровопотери.

Научная новизна исследования

1. Обоснована реконструкция величины и формы пульсовых волн АД, а также объемной скорости потока крови в аорте с применением неинвазивного метода Пеназа.

2. Впервые получены результаты, описывающие возрастные изменения механических свойств сосудистого русла человека с применением артерио-ритмографии по методу Пеназа. Впервые осуществлена реконструкция значений и формы пульсовой волны (ФПВ) АД в острых опытах на крысах в условиях стабильной гемодинамики.

3. Впервые осуществлена реконструкция значений и ФПВ АД в острых опытах на крысах в условиях переходных процессов в системе кровообращения после введения вазоактивных препаратов, нагрузки объемом, а также при моделировании патологического процесса - острой кровопотери.

4. Впервые осуществлена оценка жесткости сосудистого русла в условиях переходных процессов гемодинамики и при кровопотере в острых опытах на животных.

5. Впервые на основании анализа экспериментального материала (крысы) предложена классификация вариантов пульсовой кривой экспериментальных животных.

Теоретическая и практическая значимость исследования

Полученные результаты, касающиеся применимости обобщенных ПФ (ОПФ) и усреднённых ПФ (УПФ) и обобщенного сосудистого импеданса (ОСИ) для количественной оценки основных параметров системной гемодинамики могут быть использованы при создании программного обеспечения, позволяющего осуществить контроль данных параметров в динамическом режиме. Получены данные о возможности использования данной методики и математического аппарата при моделировании наиболее часто встречающихся переходных процессов гемодинамики в клинике - введении вазоактивных препаратов, нагрузке объемом и кровопотере. Установлена роль изменения механических свойств сосудистого русла в данных условиях и влияние этих изменений на системную гемодинамику.

Получены результаты, указывающие на перспективность использования артериоритмографии по методу Пеназа для получения значений пульсовой кривой периферических сосудов с целью последующего анализа и расчета ПФ. После апробации при скрининговых исследованиях в динамическом режиме в больших популяционных группах возможно широкое применение обсуждаемых методик в практическом здравоохранении, например, в условиях реанимации, в условиях служб ургентной терапии догоспитального этапа. Методика также пригодна для применения в условиях кабинетов функциональной диагностики при медицинских стационарах или поликлинических отделениях. В тех случаях, когда применение артериоритмографии периферических сосудов в сочетании с ПФ эффективно, то данные методики могут быть использованы в отделениях реанимации и интенсивной терапии, отделениях скорой и неотложной медицинской помощи, а также в отделениях функциональной диагностики.

Методология и методы исследования

Диссертационное исследование состояло из подготовительной, экспериментальной и клинико-экспериментальной частей. В ходе подготовительного этапа проведен анализ источников отечественной и зарубежной литературы. В острых опытах на крысах апробировалась возможность оценки системного АД и СВ по данным исследования периферических сосудов в условиях стабильной гемодинамики, при инфузии дополнительного объема жидкости в сосудистое русло и моделировании кровопотери. Задача, поставленная в клинико-экспериментальной части исследования заключалась в апробации возможности

неинвазивной оценки системного АД и УО левого желудочка по данным исследования периферических сосудов.

Внедрение результатов исследования

Результаты исследования внедрены в учебный процесс на кафедре нормальной физиологии ГБОУ ВПО СПбГПМУ Минздрава РФ, использованы при проведении экспериментов в лаборатории кровообращения Института физиологии им. И.П. Павлова РАН, в отделении молекулярной и радиационной биофизики ФГБУ Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН, в лечебный и научный процесс клиники ГБОУ ВПО СПбГПМУ Минздрава.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Неинвазивный метод артериоритмографии по способу Пеназа является адекватным для оценки УО левого желудочка путем экстраполяции с использованием ПФ. Погрешность оценки величины СВ, АД и ФПВ в магистральных артериях с применением ПФ на основании метода Пеназа, не превышает погрешности расчета этих показателей на основании данных ультразвуковой эхокардиографии.

2. Погрешность оценки величины СВ, АД и ФПВ в магистральных артериях минимальна в условиях относительно стабильной гемодинамики и введении вазоактивных препаратов при стабильных механических свойствах сосудистого русла.

3. При моделировании переходных процессов в системе кровообращения, вызванных увеличением или уменьшение жесткости сосудов - нагрузке объемом и кровопотере, погрешность применения ПФ резко возрастает.

4. Использование ОПФ для оценки параметров системной гемодинамики при моделировании переходных процессов, способствующих изменению механических свойств сосудов, является ненадежным. Для этих целей целесообразно применение усреднённых (индивидуализированных) передаточных функций (УПФ).

Личный вклад автора в проведенном исследовании реализовался на всех этапах работы и заключался в теоретическом изучении поставленной проблемы, определении цели и задач исследования, формировании гипотез и ди-

зайна исследования, выполнении острых экспериментов, отборе и обследовании испытуемых. Автор самостоятельно производил разработку и ведение первичной учетной документации, выполнил весь объем экспериментальных и клинико-экспериментальных исследований. Основной объем работы по обобщению и интерпретации результатов исследования, формулированию выводов и практических рекомендаций выполнен лично диссертантом.

Доля автора в разработке идеи и концепции исследования составила 90%, в сборе материала - 90%, в обработке и анализе результатов исследования -100%.

Апробация материалов диссертации

Материалы диссертации отражены в 14 работах, опубликованных в открытой печати, из них 4 - в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Результаты исследования доложены на Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы регуляции физиологических систем организма в процессе адаптации к условиям среды», посвященной 85-летию со дня основания Института физиологии им. И.П. Павлова РАН (Санкт-Петербург - Колтуши, 2010); Всероссийской конференции молодых ученых «Механизмы адаптации физиологических систем организма к факторам среды, посвященной 85-летию со дня основания Института физиологии им. И.П. Павлова РАН (Санкт-Петербург - Колтуши, 2010); на XXI съезде Физиологического общества им. И.П.Павлова, (г. Калуга, 2010); рабочем совещании «Биомеханика-2011» (Санкт-Петербург, 2011); IV Международном молодежном медицинском конгрессе «Санкт-Петербургские научные чтения», (Санкт-Петербург, 2011 год); XV Юбилейной Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей (с международным участием) «Фундаментальная наука и клиническая медицина - Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2012); на III Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 220-летию со дня рождения академика K.M. Бэра, «Механизмы функционирования висцеральных систем», (Санкт-Петербург, 2012); и рабочем совещании «Био-механика-2013», (Санкт-Петербург, 2013); XXII Съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова, (Волгоград, 2013).

Объем и структура работы

Диссертация изложена на 185 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 4 глав (обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследования, обсуждения полученных результатов, заключения, выводов; содержит 28 рисунков и 11 таблиц. Приложения содержат 9 таблиц. Список литературы включает 302 источника, из них 79 отечественных и 223 иностранных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования

Эксперименты были выполнены на базе лаборатории физиологии сердечно-сосудистой и лимфатической систем Института физиологии им. И.П. Павлова РАН. В опытах на 81 крысе-самце линии Вистар (масса тела 240-380 г) проводили синхронную регистрацию мгновенных значений АД в сонных и бедренных артериях прямым способом с применением электроманометра на основе тензометрического датчика ПДП-400. Кроме того, была сформирована группа животных, которым регистрацию мгновенных значений АД в указанных сосудах дополняли синхронной регистрацией объемной скорости потока крови в восходящей аорте также прямым способом с применением электромагнитного расходомера «РКЭ-2» (8 крыс). Мгновенные значения АД и СВ записывались в файл после оцифровки посредством компьютерной системы сбора данных HEART-300-10 через каждые 2 мс в течение 2-5 мин. Регистрацию АД и СВ проводили у животных, находящихся в условиях относительно стабильной гемодинамики (21 крыса). Регистрацию только АД проводили до и после введения адреналина гидрохлорида (8 крыс), нитропруссида натрия (8 крыс), инфу-зии полиглюкина (8 крыс), моделировании кровопотери (15 крыс). Адреналина гидрохлорид и нитропруссид натрия вводили в дозировке 0,1 xl О"3 мг на 100 г массы тела животного; инфузию полиглюкина производили в дозировке 0,65 мл на 100 г массы тела животного, что составляло 5-7 % от объема циркулирующей крови (ОЦК). Для моделирования кровопотери из сосудистой системы животного изымали кровь в объеме от 1,2 до 1,9 мл (до 11% ОЦК) (7 крыс) и 2,2-5 мл (от 16 до 22% ОЦК) (8 крыс).

В клинико-экспериментальном исследовании приняло участие 70 здоровых добровольцев в возрасте от 18 до 82 лет. Испытуемые были разделены на

две группы по возрастному признаку: «младшая» группа, ее составили 14 здоровых мужчин в возрасте 18-23 лет и «старшая» группа - 45 мужчин и 6 женщин от 26 до 82 лет. Четырнадцати добровольцам из «младшей» и 31 из «старшей» группы проводили регистрацию М-модальной эхокардиограммы с расчетом УО левого желудочка по методу Тейхольца (Teichholz L.E. et al., 1976) в сочетании с артериоритмографией по способу Пеназа (Penaz J., 1973) с применением прибора «САКР-2» (Пивоваров В.В., 2006). Спирокардиоартериоритмо-граф «САКР-2» разрешен к применению Комитетом по новой медицинской технике Министерства здравоохранения РФ (регистрационное удостоверение № 29/03020703/5869-04 от 29.01.04; сертификат об утверждения типа измерений RU.C.39.001.A № 20659). Двадцати испытуемым из «старшей» группы дополнительно проводили регистрацию АД в лучевых артериях (прибор «Sphyg-mocor» производства «AtCor Medical») в сочетании с артериоритмографии по способу Пеназа.

Методика расчета и применения ПФ, а также вычисления СРПВ (MATLAB R2012b (8.00).):

1. Разбивка полученных в результате регистрации записей АД или аортального потока на отрезки, соответствующие состоянию общего фона или состоянию после введения адреналина гидрохлорида, нитропруссида натрия, инфузии полиглюкина, моделирования кровопотери при условии стабилизации АД (от 2 до 5 мин после воздействия).

2. Усреднение мгновенных значений АД и объемной скорости потока крови с нормировкой на среднюю частоту сердечных сокращений для циклов «начало систолы - начало следующей систолы».

3. Проведение преобразование Фурье над усредненными кривыми системного и периферического АД, а также объемной скорости потока крови. В результате преобразования Фурье рассчитывался спектр сигнала пульсовой кривой АД.

4. Расчет ПФ как отношение частотных спектров усреднённой кривой волны АД в бедренной и сонной артериях (Chen-Huan С et al., 1997; Раиса A.L. et al., 2001; Westerhof N., Stergiopulos N., Noble М.Г.М., 2005).

5. Расчет ОСИ как соотношение частотных спектров усреднённой кривой волны АД в сонной артерии и частотных спектров волны объемной скорости кровотока в аорте (Chen-Huan С et al., 1997; Раиса A.L. et al., 2001; Westerhof N., Stergiopulos N., Noble M.I.M., 2005). У крыс для расчета ОСИ ис-

пользовались данные АД в сонной артерии, полученные как при прямом измерении, так и рассчитанные на основании применения ОПФ и значения объемной скорости потока крови в аорте, полученные при прямом измерении.

6. Расчет ПФ и ОСИ у испытуемых производили, используя модель сосудистого русла с распределенными параметрами (Westerhof N., Stergiopulos N., Noble M.I.M., 2005). У испытуемых для расчета ОСИ применялись данные АД в сонной артерии, полученные на основании применения встроенного программного обеспечения прибора «Sphygmocor», данные АД в сосудах пальцев (артериоритмография по способу Пеназа) и значения аортального потока, полученные на основании расчета по способу Teichholz на основании расчета М-модальной эхокардиограммы.

7. Усреднение ПФ, полученных в каждом эксперименте для каждого состояния.

После усреднения получали:

• ОПФ - результат усреднения ПФ, рассчитанных у всех животных, находящихся в состоянии стабильной гемодинамики (21 крыса), также рассчитанных до введения адреналина (8 крыс), нитропруссида натрия (8 крыс), по-лиглюкина (8 крыс), кровопотери меньшего и большего объема (15 крыс).

• УПФ для введения препаратов и моделирования кровопотери как результат усреднения ПФ, рассчитанных после введения препаратов или моделировании кровопотери, в среднем спустя от 2 до 5 мин после воздействия.

8. Используя данные периферического АД и ПФ производились расчеты системного АД и ФПВ в магистральных сосудах.

9. Расчеты значений СВ (УО левого желудочка) с применением ОСИ, используя данные регистрации АД в периферических и магистральных сосудах.

10. Для оценки жесткости сосудистого русла после введения вазоак-тивных препаратов, инфузии полиглюкина и моделирования кровопотери в данной работе рассчитывалась скорость распространения пульсовой волны (СРПВ) на каротидно-бедренном участке сосудистого русла. Для этого определялось время запаздывания появления пульсовой волны в бедренной артерии относительно сонной (Naidu M.U. et al., 2005; Nelson M.R. et al., 2010). Для определения СРПВ производилось деление значений длины сосудистого русла между датчиками (измерялось после вскрытия животного по окончании опыта), помещенными в сонную и бедренную артерию на значения времени запаздывания появления пульсовой волны в бедренной артерии относительно сонной.

11. Сравнение рассчитанных показателей системного АД, СВ и УО левого желудочка и измеренных напрямую (однофакторный дисперсионный анализ «ANOVA»). Все данные представлены в виде: средние значения ± стандартное отклонение).

12. Сравнение значений СРПВ до и после введения вазоактивных препаратов, инфузии полиглюкина, кровопотери (парный критерий Вилкоксона). Все данные представлены в виде: средние значения; 95% доверительный интервал

13. Сравнение форм пульсовых волн, полученных при прямом измерении и реконструированных с применением ОПФ и УПФ для введения вазоактивных препаратов, инфузии полиглюкина и кровопотери.

14. Статистическая обработка проводилась с помощью встроенных функций Exel из прикладного пакета программ Microsoft Office 2007; программы AtteStat, версия 13.1; Statistica 6.0; Past version 2.17; StatXact-8 с программной оболочкой Cytel Studio version 8.0.0.

Результаты исследования

Анализ данных не выявил статистически значимых отличий значений АД и СВ, полученных в результате прямого измерения и рассчитанных с применением ОПФ и ОСИ соответственно у животных, находящихся в условиях относительно стабильной гемодинамики, на что указывают полученные значения р (рис. 1, табл. 1).

_ Сравнение величин АД Сравнение величин СВ

р=0.75 lïï

„ НО

1>2|> S m»

я о>

à

ь.

<

р=0,58

2т

Систолическое Диастолическое АД АД

Рис. 1. Сравнение величин АД, полученных в результате прямого измерения (1) и рассчитанных с применением ОПФ (2) и величин СВ, измеренных напрямую (1) и полученных с применением ОСИ (реконструкция по данным АД в бедренной (2) и сонной (3) артерии).

Таблица 1

Значения систолического и диастолического АД в сонной артерии, полу-

ченные при прямом измерении и рассчитанные с применением ОПФ, и значения СВ, полученные при прямом измерении и рассчитанные с применением ОСИ у животных в состоянии относительно стабильной гемодинамики

..................Способ оценки Показатель —---------- Прямое измерение Реконструкция с применением ПФ

Систолическое АД, мм рт. ст. 143,3±21,6 141,3±32,4

Диастолическое АД, мм рт. ст. 89,6±19,3 93,1±26,6

СВ, мл/мин 79,4±4,7 81,7±12,3* 79,5±12,4**

Примечание: * - реконструкция по данным исследования пульсовой волны в сонной артерии; ** - реконструкция по данным исследования пульсовой волны в бедренной артерии.

Формы кривых АД, полученных в результате прямого измерения и реконструированных с применением ОПФ, практически полностью совпадали (рис. 2).

Рис. 2. Кривые АД, полученные в остром эксперименте при прямом измерении и реконструированные с применением ОПФ. Сплошная линия - кривая системного АД, полученная в результате прямого измерения; пунктирная линия - кривая системного АД, реконструированная с применением ОПФ.

Значения УО левых желудочков у испытуемых из «старшей» и «младшей» возрастных групп составляли: рассчитанных по способу ТекЫю1г на основании измерений М-модальной эхокардиограммы - 65,8±21,9 и 74,8±20 мл соответственно, а полученных с помощью передаточной функции -70,8±16,8 и 77,4±37,8 мл соответственно. Таким образом, статистический анализ показал, что величины УО левого желудочка, усредненные для каждой группы испытуемых, при применении обоих методов не имеют статистически значимых отличий друг от друга, на что указывают полученные значения р (рис. 3.)

«Младшая» группа

«Старшая» группа

Рис. 3. Сравнение значений УО левого желудочка, полученных с применением расчета по методу ТеюЫю1г на основании измерения М-модальной эхо-кардиграммы и с применением ОСИ у испытуемых «младшей» и «старшей» группы.

Анализ данных не выявил статистически значимых отличий значений АД в сонных артериях, полученных при прямом измерении и рассчитанных с применением ОПФ и УПФ после введения вазоактивных препаратов, на что указывают полученные значения р (табл. 2, рис. 4).

Таблица 2

Значения систолического и диастолического АД в сонной артерии

^^^Показатель Условие Прямое измерение ОПФ УПФ

сист. диаст. сист. диаст. сист. диаст.

Введение адреналина гидрохлорида 157,6±14,4 77,1±14,5 156,3±22,2 78,8± 11,4 154,5±20,6 78,8±8,2

Введение нитропруссида натрия 148,7±20,6 95,5±19,5 147,6±25,6 94,9±24,6 144,0±25,1 97,1±25,1

Инфузия по-лиглюкина 164,4±14,6 116,5±9,7 189,1±17,8 131,0±10 159,13=12,1 118,2±12

Кровопотеря от 1,2 до 1,9 мл 93,9±19,3 54,9±8.4 81,6±17,9 52,8±10,0 91,2±19,8 55,2±10,4

Кровопотеря от 2,2 до 5 мл 75,4±25,0 40,6±4,1 57,0±12,3 38,4±9,1 71,9±17,1 41,9±9,8

Введение адреналина гидрохлорида

Систолическое АД р=0,93

Диастолическое АД р=0,98

£2 32

Введение нитропрусида натрия

Систолическое АД Диастолическое АД

р=0,93 р—0,98

Рис. 4. Сравнение значений АД в сонных артериях, полученных при прямом измерении (1) и рассчитанных с применением УПФ для адреналина и нит-ропруссида натрия (2) и ОПФ (3) после введения адреналина гидрохлорида и нитропруссида натрия.

Формы кривых АД в сонных артериях, полученных при прямом измерении и реконструированных с применением УПФ для адреналина и нитропрус-сида натрия, а также ОПФ не имеют значимых отличий друг от друга (рис. 5).

Рис. 5. Пример кривых АД в сонной артерии после введения адреналина гидрохлорида (А) и нитропруссида натрия (В). Тире-точечный пунктир - кривая, полученая прямым измерением; сплошная линия - кривая, реконструированная с помощью УПФ для адреналина и нитропруссида натрия; штриховой пунктир - кривая, реконструированная с помощью ОПФ.

Анализ жесткости сосудистого русла не выявил статистически значимых различий значений СРПВ после введения вазоактивных препаратов (табл. 3). На это указывают полученные значения р, полученные при сравнении СРПВ до и после введения адреналина и нитропруссида натрия. Полученные 95% доверительные интервалы псевдомедианы содержат значений «О», утверждаемых нулевой гипотезой, следовательно, оцениваемые этим интервалом неизвестные значения псевдомедианы статистически не значимы и не отличаются от нуля на уровне значимости а=0,05.

Таблица 3

Значения СРПВ до и после введения вазоактивных препаратов, нагрузки объемом и кровопотери, значения разницы псевдомедиан (оценка Ходжиса -Лемана) СРПВ до и после введения вазоактивных препаратов, нагрузки объемом и кровопотери. Значения р вычислены с применением Т-критерия Вилкок-

сона

СРПВ Воздействие До воздействия После воздействия Разница значений псевдомедиан (ц; 95% С1)

Введение адреналина гидрохлорида 6,37±1,15 6,3±0,91 0,07 (-0,3; 0,4), р=0,67

Введение нитро-пруссида натрия 5,93±1,11 6,69±0,65 0,24 (-0,4; 0,7), р=0,22

Инфузия полиглюкина 5,93±1,11 6,69±0,65 -0,9 (-2,1;-0,6), р=0,03

Кровопотеря от 1,2 до 1,9 мл 6,07±0,75 5,13±0,42 0,9 (0,3; 1,8), р=0,03

Кровопотеря от 2,2 до 5 мл 7,75±1,11 6,26±1,32 1,53 (0,69; 2,36), р=0,03

После инфузии полиглюкина имели место статистически значимые отличия значений АД в сонной артерии, полученные с применением прямой регистрации и рассчитанные с применением ОПФ (рис. 6, см. табл. 2). Анализ данных не выявил статистически значимых отличий значений АД в сонной артерии, полученных с применением УПФ для введения полиглюкина (рис. 6, см. табл. 2). После моделирования кровопотери как в объеме от 1,2 до 1,9 мл, так и в объеме от 2,2 до 5 мл не выявлено статистически значимых отличий значений АД в сонной артерии, полученных при прямом измерении и рассчитанных с применением ОПФ и УПФ для кровопотери (рис. 6, см. табл. 2).

Введение раствора полиглюкина

¡и 53

в МО I) 18»

■я 2

Систолическое АД р=0,0005

Диастолическое АД р=0,02

а.

В

а. <

ж

<и

ев .

сг н

О н

-О г- 80

с;

ее 3 (.0 о

К <

I 1\

Кровопотеря в объеме от 1,2 до 1,9 мл

Систолическое АД Р=0,5

Кровопотеря в объеме от 2,2 до 5 мл

у

X

а

с;

со_

0 .

йщ

сз % О.

1 <

Систолическое АД ______р=0,23__

¡и я

Диастолическое АД р=0,75

Рис. 6. Сравнение значений АД в сонной артерии, полученных в результате прямого измерения (1), рассчитанных с применением УПФ для полиглюкина и кровопотери (2) и ОПФ (3) после инфузии полиглюкина и кровопотери в объеме от 1,2 до 1,9 мл, и в объеме от 2,2 до 5 мл.

После инфузии полиглюкина и моделирования кровопотери в объеме от 1,2 до 1,9 мл и в объеме от 2,2 до 5 мл имело место почти полное совпадение форм кривых АД в сонных артериях, полученных в результат прямого измерения и реконструированных с применением УПФ для введения полиглюкина и кровопотери (рис. 7). Формы кривых АД в сонных артериях после инфузии полиглюкина и моделирования кровопотери в объеме от 1,2 до 1,9 мл и в объеме от 2,2 до 5 мл, полученных в результате прямого измерения и рассчитанных с применением ОПФ имели значительные отличия.

Рис. 7. Пример кривой АД в сонной артерии после инфузии раствора полиглюкина (А) и моделирования острой кровопотери в объеме от 1,2 до 1,9 мл (потеря до 11% ОЦК) (В) и от 2,2 до 5 мл (потеря от 16% до 22% ОЦК) (С). Сплошная линия - кривые, полученные путем прямой регистрации, точечный пунктир - кривые, реконструированные с применением УПФ для полиглюкина и кровопотери в объемах от 1,2 до 1,9 мл (потеря до 11% ОЦК) и от 2,2 до 5 мл (потеря от 16 до 22% ОЦК), пунктир - кривые, реконструированные с применением ОПФ.

Анализ жесткости сосудистого русла после инфузии полиглюкина показал статистически значимое увеличение, а после моделирования кровопотери статистически значимое уменьшение СРГГВ (см. табл. 3). Полученные 95% доверительные интервалы псевдомедианы не содержат значений «О», утверждаемых нулевой гипотезой, следовательно, оцениваемые этим интервалом неизвестные значения псевдомедианы статистически значимы и не отличаются от нуля на уровне значимости а=0,05.

ВЫВОДЫ

1. В условиях стабильной гемодинамики неинвазивный метод артери-оритмографии по способу Пеназа в сочетании с ОПФ и ОСИ пригоден для оценки системного АД, ФПВ в магистральных сосудах и СВ с погрешностью, не превышающей погрешность технически более сложных и дорогостоящих общепринятых методов диагностической оценки данных показателей.

2. Неинвазивная артериоритмография по методу Пеназа позволяет не только реконструировать форму пульсовой волны давления в магистральных сосудах, но и производить ее типологический анализ с учетом возрастных особенностей и индивидуальных механических свойств сосудистого русла.

3. Введение вазоактивных препаратов не приводит к существенному изменению жесткости сосудистого русла, оцениваемой по СРПВ.

4. Введение дополнительного объема жидкости в сосудистое русло приводит к увеличению жесткости сосудистого русла, оцениваемой по СРПВ.

5. Острая кровопотеря приводит к уменьшению жесткости сосудистого русла, оцениваемой по СРПВ.

6. При воздействиях, которые не способны изменять механические свойства сосудов, расчет значений АД и реконструкцию ФПВ в системных сосудах по данным исследования периферических сосудов можно производить как с применением ОПФ, так и УПФ (индивидуализированных ПФ).

7. При моделировании переходных процессов в системе гемодинамики, которые приводят к существенному изменению жесткости сосудов, расчет значений АД и реконструкцию ФПВ в системных сосудах целесообразно производить только с применением УПФ (индивидуализированных ПФ). Применение ОПФ для указанных задач оказывается ненадежным, поскольку ведет к значительной погрешности оценки показателей системной гемодинамики.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Метод реконструкции ФПВ в системных сосудах по данным исследования периферических сосудов с применением ПФ может быть использован для оценки возрастных особенностей сосудистого русла.

2. Разработка программного и аппаратного обеспечения, необходимого для анализа пульсовой кривой давления и реконструкции системного АД, ФПВ в магистральных сосудах и СВ может быть произведена на основании применения метода артериоритмографии по способу Пеназа.

3. При применении ПФ с целью моделирования системных процессов гемодинамики, необходимо учитывать, что процессы, приводящие к изменению механических свойств сосудов, способны повлиять на на качество и точность реконструкции АД и ФПВ в магистральных сосудах.

4. Реконструкцию показателей системной гемодинамики в том случае, если применение ОПФ невозможно, целесообразно производить с помощью УПФ (индивидуализированных ПФ). Это указывает на необходимость внещней калибровки приборов, использующих данный алгоритм оценки параметров системной гемодинамики в условии переходных процессов, сопровождающихся изменением механических свойств сосудистого русла.

5. Вариабельность типов пульсовых кривых необходимо учитывать при моделировании биофизических процессов кровообращения на лабораторных животных и при исследовании сердечно-сосудистой системы человека.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Верлов, H.A. Биофизическая оценка параметров системной гемодинамики / H.A. Верлов, В.О. Еркудов [и др.] // XXI съезд Физиологического общества им. И.П. Павлова. Тез. докл. - Калуга, 2010. - С. 114.

2. Еркудов, В.О. Применение метода артериоритмографии для оценки сердечного выброса / В.О. Еркудов, H.A. Верлов // Механизмы адаптации физиологических систем организма к факторам среды. Конференция молодых ученых посвященная 85-летию со дня основания Института физиологии им. И.П. Павлова РАН. Тез. докл. - СПб, 2010. - С. 40

3. Балуева, T.B. Неинвазивный метод оценки величины сердечного выброса / Т.В. Балуева, В.О. Еркудов [и др.] // Всеросс.я конф. с междунар. участием «Механизмы регуляции физиологических систем организма в процессе адаптации к условиям среды», посвящ. 85-летию со дня основания Института физиологии им. И.П. Павлова РАН. Тез. докл. - СПб, 2010. - С. 26.

4. Балуева, Т.В. Оценка параметров системной гемодинамики по данным исследования периферических сосудов / Т.В. Балуева, В.О. Еркудов [и др.] // Регионарное кровообращение и микроциркуляция - 2011. - № 2 (38) - С. 79-84.

5. Еркудов, В.О. Неинвазивный метод оценки параметров системой гемодинамики у здоровых людей и в остром эксперименте / В.О. Еркудов, H.A. Верлов, Н.Г. Федосенко // IV Междунар. молодежный медицинский конгресс «Санкт-Петербургские научные чтения». Тезисы. - СПб, 2011. - С. 353.

6. Балуева, Т.В. Оценка параметров системной гемодинамики по данным исследования периферических сосудов после введения вазоактив-ных препаратов / Т.В. Балуева, В.О. Еркудов [и др.] // Регионарное кровообращение и микроциркуляция — 2012. - № 3 (43). — С. 57-63.

7. Пуговкин, А.П. Неинвазивная оценка показателей системной гемодинамики по результатам исследования периферических сосудов / А.П. Пуговкин, В.О. Еркудов [и др.] // Патологическая физиология и экспериментальная терапия — 2012. — № 4. — С. 75-79.

8. Пуговкин, А.П. Неинвазивный метод оценки аортального потока у здоровых людей разных возрастных групп / А.П. Пуговкин, В.О. Еркудов [и др.] // VIII Всеросс. конф. с междунар. участием, посвящ. 220-летию со дня рождения академика K.M. Бэра «Механизмы функционирования висцеральных систем». Тез. докл. - СПб, 2012. - С. 189.

9. Пуговкин, А.П. Оценка системного артериального давления по данным исследования периферических сосудов при моделировании кровопотери / А.П. Пуговкин, В.О. Еркудов [и др.] // VIII Всероссийская конференция с международным участием, посвященная 220-летию со дня рождения академика K.M. Бэра «Механизмы функционирования висцеральных систем». Тезисы докладов. - СПб, 2012. - С. 189.

10. Еркудов, В.О. Неинвазивный метод оценки системного артериального давления в остром эксперименте при введении вазоактивных препаратов и нагрузке объемом / В.О. Еркудов, H.A. Верлов, Н.Г. Федосенко // Фундамен-

тальная наука и клиническая медицина - Человек и его здоровье. Тез. XV юбилейной Всеросс. медико-биол. конф. молодых исследователей (с междунар. участием). - СПб, 2012. - С. 103.

11. Балуева, Т.В. Оценка системного артериального давления по данным исследования периферических сосудов после нагрузки объемом и моделирования острой кровопотерн / Т.В. Балуева, В.О. Еркудов [н др.] // Регионарное кровообращение и микроциркуляция - 2013. - № 2 (46). - С. 74-82.

12. Балуева, Т.В. Оценка системного артериального давления с применением передаточных функций при изменении механических свойств сосудов в условиях переходных процессов гемодинамики / Т.В. Балуева, В.О. Еркудов // XXII Съезд физиологического общества им. И.П. Павлова. Тез. докл. - Волгоград, 2013.-С. 44.

13. Пуговкин, А.П. Неннвазивная оценка параметров системной гемодинамики / А.П. Пуговкин, В.О. Еркудов [и др.] // XXII Съезд физиологического общества им. И.П. Павлова. Тез. докл. - Волгоград, 2013. - С. 437.

14. Пуговкин, А.П. Оценка формы волны системного артериального давления по данным исследования периферических сосудов / А.П. Пуговкин, В.О. Еркудов [и др.] // Педиатр - 2014. - № 1 (5). - С. 76-82.

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АД - артериальное давление

ОПФ - обобщенная передаточная функция

ОСИ - обобщенный сосудистый импеданс

ПФ - передаточная функция

СВ - сердечный выброс

СРПВ - скорость распространения пульсовой волны УО - ударный объем

УПФ - усредненная передаточная функция ФПВ - форма пульсовой волны

Подписано в печать 10.06.2014 Формат 60x84 1/16 Объем 1,0 печ. л.

Тираж 100_Заказ 05/06_Цифровая печать

Отпечатано в типографии «Фалкон Принт» (197101, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Пушкарская, д. 54, офис 2)