Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Самарский государственный аэрокосмический университет

имени академика С.П. Королева

Диагностика функции сосудистого эндотелия у больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями

Методические указания

 

 

Самара 2004

 

УДК 615.47:616.152.21-07

Диагностика функции сосудистого эндотелия у больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями: метод. указания /Самарский государственный аэрокосмический университет; Лебедев П.А., Калакутский Л.И., Власова С.П., Горлов А.П. Самара, 2004г.,18с.

.

 

 

 

 

 

 

 

Изложены основы инструментального метода экспресс-диагностики функции сосудистого эндотелия у больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями, основанного на анализе формы объемной пульсовой волны, регистрируемой фотоплетизмографическим способом.

Приведено описание методики исследования с использованием пульсоксиметра “ЭЛОКС-01”

Даны рекомендации по использованию метода в клинической практике.

 

 

Печатаются по решению редакционно–издательского совета Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева.

 

Рецензент профессор Семкин Н. Д.

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

4

Фотоплетизмографический способ регистрации ОБЪЕМНОЙ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ. Показатели пальцевой Фотоплетизмограммы

 

5

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ для оценки функции сосудистого эндотелия.

9

ПОКАЗАТЕЛИ ПФПГ ПРИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ.

11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

13

ЛИТЕРАТУРА

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Во всем мире смертность от сердечно-сосудистых заболеваний занимает первое место среди болезней человека. В настоящее время в кардиологии сложилась концепция единого сердечно-сосудистого континуума, под которой понимают непрерывное развитие сердечно-сосудистых заболеваний от факторов риска до развития хронической сердечно-сосудистой недостаточности (Беленков Ю.Н., Мареев В.Ю. 2002). Необходимыми составляющими континуума являются дисбаланс эндотелиальной системы и процессы сердечно-сосудистого ремоделирования. Под дисфункцией эндотелия понимают дисбаланс эндотелиальных факторов, регулирующих процессы гемостаза, пролиферации и сосудистый тонус. Суть ее в том, что под влиянием длительного воздействия целого ряда факторов (факторов риска ССЗ) на эндотелий, его реакция на стимулы, которые вызывали ранее дилатацию, оказывается недостаточной, или даже вазоконстрикторной.

Процессы сердечно-сосудистого ремоделирования включают в себя пролиферацию гладкомышечных клеток сосудов, в результате чего изменяется соотношение толщины стенки к просвету сосуда, с повышением периферического сопротивления, увеличение жесткости аорты и крупных эластических сосудов, с повышением скорости распространения пульсовой волны, что является прогностическим фактором развития сердечно-сосудистых осложнений и независимым фактором смертности от сердечно-сосудистых заболеваний (Ольбинская Л.И., 2002, Blacher J., Asmar R. et all, 1999, Asmar R., Rudnichi A. et all, 2001, Laurent S., Boutouyrie P. et all, 2001). Процессы сосудистого ремоделирования увеличивают постнагрузку левого желудочка, с развитием его гипертрофии и процессами адаптивного и дезадаптивного ремоделирования (Беленков Ю.Н., Мареев В.Ю. 2002).

В настоящее время для оценки функции эндотелия и процессов сосудистого ремоделирования используются ультразвуковые допплерографические, сфигмоманометрические и фотоплетизмографические методы исследования параметров гемодинамики. Наиболее простым для построения приборов экспресс-диагностики является метод анализа формы объемной пульсовой волны, регистрируемой с помощью фотоплетизмографического датчика, расположенного на ногтевой фаланге пальца руки обследуемого. Данный метод может быть реализован с помощью серийно выпускаемого прибора – пульсоксиметра (ЭЛОКС-01), позволяющего вести распечатку регистрируемой информации, или с помощью модуля регистрации и ввода в ПВЭМ фотоплетизмографического сигнала колебаний периферического пульса.

1. изучение эластических свойств кровеносных сосудов с помощью Фотоплетизмографического способа регистрации ОБЪЕМНОЙ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ.

Движение крови в сосудах обусловлено работой сердца. При сокращении миокарда желудочков кровь под давлением изгоняется из сердца в аорту и легочную артерию. Ритмические сокращения миокарда образуют ритмические расширения сосудистой стенки (пульс), которые под действием распространения волн давления от начальной части аорты к артериолам и капиллярам вызывают распространение пульсовых волн.

Скорость распространения пульсовой волны по сосудам не зависит от скорости течения крови, а определяется эластичностью сосуда, толщиной его стенки, диаметром и плотностью крови. Так, в аорте она может составлять 4–6 м/сек, а в артериях мышечного типа 8–12 м/сек. Линейная скорость кровотока по артериям, обычно, не превышает 0,5 м/сек. С увеличением жесткости сосуда скорость пульсовой волны возрастает. С возрастом эластичность сосудов снижается и скорость распространения пульсовой волны растет. Величина скорости зависит от давления крови, а также состояния функции сосудистого эпителия. Для оценки скорости распространения пульсовой волны можно использовать измерение промежутка времени tзад (рис.1) между пульсациями крови в сонной и бедренной артериях, регистрируемые сфигмографическими датчиками. Однако наиболее просто оценка скорости распространение пульсовой волны в артериальных сосудах реализуется с использованием пальцевой фотоплетизмографии.

Рис.1. К оценке скорости распространения пульсовой волны по измерению времени tзад

В фотоплетизмографии (ФПГ) участок тканей, в котором исследуется кровоток, например, палец руки, располагают на пути луча света между источником излучения и фотоприемником. Поскольку поглощение света в тканях пропорционально объему крови, проходящему через освещаемый участок, то усиливая сигнал фотоприемника можно зарегистрировать изменения его амплитуды, обусловленные артериальной пульсацией сосуда.

Прибор для регистрации ФПГ, например, пульсоксиметр, включает первичный преобразователь пульсовой волны, устройство обработки сигнала и устройство отображения информации.

Первичный преобразователь пульсовой волны представляет собой фотоэлектрический датчик, состоящий из светоизлучающего диода и фотоприемника. Конструктивно датчик выполнен так, что излучатели и фотоприемник располагаются на поверхности тела таким образом, чтобы на фотоприемник поступал свет излучателей, ослабленный участком живой ткани. Для пальцевого датчика излучатель располагается над ногтевой пластинкой, а фотоприемник с противоположной стороны пальцевой фаланги (рис.2).

Излучатель включается в импульсном режиме, что позволяет ослабить действие фоновых засветок. Зависимость поглощения света от времени в тканях, содержащих артериальный сосуд, имеет пульсирующую компоненту, обусловленную изменением объема артериальной крови в “поле зрения” датчика при каждом сердечном сокращении и “постоянную” составляющую.

Рис. 2. Датчик фотоплетизмограммы

“Постоянная” составляющая поглощения определяется величиной света, поглощаемой в измеряемом пульсовом цикле во время диастолы, и обусловлена характеристиками венозной и капиллярной крови, костей, кожи и других тканей исследуемого участка. Для регистрации пульсовой волны необходимо исключить влияние изменения “постоянной” составляющей поглощения и выделить систолическую составляющую, обусловленную притоком артериальной крови (рис. 3).

Рис.3. Поглощение света в тканях, содержащих пульсирующий сосуд.

Фотоприемник преобразует интенсивность ослабленного тканями излучения в электрические сигналы, поступающие после усиления и обработки в микропроцессорный блок. После оцифровки сигнала он передается для отображения на графический дисплей и выводится для графической записи или для обработки на ПЭВМ.

Формирование контура объемной пульсовой волны, при расположении датчика на пальце руки, показано на рис.4, основные параметры ФПГ, используемые для определения показателей функции эндотелия, на рис.5.

 

– прямая волна, – отраженная волна

 

Рис.4. Формирование контура объемной пульсовой волны при расположении датчика на пальце руки.

Контур объемной пульсовой волны формируется в результате взаимодействия между левым желудочком и сосудами большого круга кровообращения. Пальцевая фотоплетизмограмма отражает слияние двух объемных пульсовых волн (пиков).

Рис. 5. Основные параметры ФПГ.

Первый пик образуется за счет систолической, прямой волны, имеющей амплитуду А1, формируемой объемом крови в систолу, передающимся напрямую от левого желудочка к пальцам верхних конечностей.

Второй пик образуется за счет отраженной волны с амплитудой А2, которая возникает из-за отражения объема крови, передающегося по аорте и крупным магистральным артериям к нижним конечностям, и направляющегося обратно в восходящий отдел аорты и далее к пальцам верхних конечностей.

Результаты исследований (O'Rourke М.F. 1993г.) показывают, что интенсивность отражения определяется тонусом мелких мышечных артерий в основных местах отражения (преимущественно дистальнее бедренной артерии). Для оценки выраженности отраженной волны используется показатель – индекс отражения (ИО), представляющий собой отношение амплитуды отраженной волны А2, к амплитуде прямой волны А1, выраженное в процентах:

ИО = (А2 / А1)100%.

Отраженная волна отстоит от прямой систолической на время отражения Т, которое определяется прохождением пульсовой волны вниз и отражением ее обратно (Рис.4). Время отражения зависит от скорости распространения пульсовой волны и расстояния, которое она должна пройти. Расстояние в значительной степени определяется ростом обследуемого. Поэтому для характеристики распространения пульсовой волны определяется специальный показатель – индекс жесткости (ИЖ), как отношение роста обследуемого L, (в метрах) ко времени отражения пульсовой волны Т, (в сек.).

ИЖ = L / T

ИЖ определяется скоростью распространения пульсовой волны: чем больше скорость распространения, тем меньше время отражения и тем раньше, по отношению к систоле, возвращается отраженная волна. Чем более ригиден сосуд, тем меньше время отражения, тем больше ИЖ.

Таким образом, контур периферической объемной пульсовой волны, полученный с помощью пальцевой фотоплетизмографии, определяется главным образом характеристиками большого круга кровообращения, скоростью распространения волны давления в аорте и крупных эластических артериях, а также тонусом мелких артерий от которого зависит индекс отражения.

Для измерения параметров ФПГ разработано программное обеспечение “ПУЛЬС”, позволяющее проводить определение показателей ИО и ИЖ. Программа позволяет вручную “наводить” визиры на экране дисплея ПЭВМ, фиксирующие характерные точки ФПГ, (рис.6), что уменьшает ошибки определения диагностических показателей.

Рис.6. Определение характерных точек пальцевой ФПГ.

2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ФУНКЦИИ ЭНДОТЕЛИЯ

2.1 Исходные показатели

Регистрация ФПГ проводится в положении лежа с указательного пальца правой руки обследуемого, после пятиминутного отдыха, непрерывно в течение 2 минут. Для обработки выбираются пять одинаковых, следующих друг за другом пульсовых волн. Оцениваются исходные параметры ФПГ: индекс отражения (ИО, %), время отражения (Т, с), индекс жесткости (ИЖ, м/с). Жесткость сосудов увеличивается с возрастом. Нормальные показатели индекса жесткости в зависимости от возраста представлены в таблице 1. Индекс отражения не зависит от возраста или пола, и составляет от 30 до 70 % (Власова С.П., Лебедев П.А., 2003).

 

 

 

Таблица 1.

Показатели индекса жесткости в группах здоровых в зависимости от возраста (n = 77).

Возрастные группы

Индекс жесткости

До 40 лет

старше 40 лет

6,5 – 10 м/с

8 – 11,5 м/с

2.2 Проба с реактивной гиперемией

Для оценки функции эндотелия проводится проба с реактивной гиперемией. Реактивная гиперемия создается путем окклюзии плечевой артерии. Манжета накладывалась на уровне верхней трети плеча и в ней создается давление выше систолического на 30 мм рт.ст. Давление сохраняется в течение 5 минут и затем быстро стравливается. Параметры ФПГ: индекс отражения и время отражения оцениваются на третьей минуте постокклюзионного кровотока.

Постокклюзионный кровоток характеризуется пиковым увеличением объемной и линейной скорости кровотока, которое происходит в первые 30 секунд после снятия окклюзии, с постепенным снижением скорости кровотока. В ответ на увеличенный кровоток происходит увеличение напряжения сдвига на эндотелии с выработкой им вазодилатирующих веществ, что приводит к релаксации резистивных сосудов в основных местах отражения и проводящих мышечных артерий. На ФПГ это будет выражаться в снижении индекса отражения и увеличении времени отражения на 3–й минуте (Власова С.П., Лебедев П.А., Калакутский Л.И., 2003).

Показателем функции эндотелия (ПФЭ) является величина снижения индекса отражения на третьей минуте (ИО 3 мин), по сравнению с исходным значением (ИО исх), выраженная в процентах:

ПФЭ = ((ИО исх - ИО 3 мин )/ ИО исх )100%

Функция эндотелия сохранена при ПФЭ более 20 %. Если данный показатель составляет менее 20 но более 10%, - функция эндотелия сохранена, но снижена. Это свидетельствует о наличии факторов риска развития сердечно-сосудистых заболеваний (наследственная предрасположенность, курение, избыточная масса тела и т.д.). ПФЭ менее 10 % расценивается как дисфункция эндотелия, что свидетельствует о наличии сердечно-сосудистых заболеваний (Власова С.П., Лебедев П.А., Калакутский Л.И., 2003).

2.3 Медикаментозные тесты

Наиболее распространенным медикаментозным тестом является проба с нитроглицерином. Нитроглицерин воздействует непосредственно на гладкомышечные клетки сосудов и вызывает их расслабление. Данный тест предназначен для выявления толерантности к нитратам и для оценки состояния гладкомышечных клеток.

Параметры ФПГ оцениваются исходно и после приема нитроглицерина (0,5 мг сублингвально) на 3 – 5 минуте, когда его действие максимально. Нитроглицерин вызывает дилатацию резистивных сосудов и снижение индекса отражения как у здоровых, так и у больных сердечно-сосудистыми заболеваниями. Нитроглицерин оказывает дилатирующее воздействие на проводящие мышечные сосуды, что приводит к увеличению времени отражения волны. Толерантность к нитратам или нарушение функции гладкомышечных клеток определяется при увеличении времени отражения пульсовой волны после нитроглицерина менее 50 %, по сравнению с исходным показателем (Власова С.П., Лебедев П.А., Калакутский Л.И., 2003).

3 ПОКАЗАТЕЛИ ФПГ ПРИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ

Обследование больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями проводится на фоне отмены всех лекарственных препаратов.

Практически все факторы риска сердечно-сосудистых заболеваний (избыточная масса тела, курение, дислипидемия, гиперхолистеринемия, гиперинсулинемия, гипергликемия и т.д.) приводят к увеличению жесткости сосудов и дисфункции эндотелия (Затейщикова А.А., Затейщиков Д.А., 1998).

При гипертонической болезни снижение податливости эластических сосудов связано преимущественно с их растяжением повышенным внутриартериальным давлением, что будет определяться увеличением индекса жесткости (более 10 м/с в возрастной группе до 40 лет, и более 12 м/с в группе старше 50 лет. О дисфункции эндотелия свидетельствует ПФЭ менее 10 %. По мере прогрессирования гипертонической болезни жесткость сосудов увеличивается, а показатель функции эндотелия становится отрицательным. ПФЭ более 10 %, свидетельствует о патологической вазоконстрикции, что говорит о выраженной дисфункции эндотелия (Власова С.П., 2003).

Ишемическая болезнь сердца, сахарный диабет 2 типа, атеросклероз периферических сосудов характеризуются повышением жесткости эластических сосудов в результате изменения самой сосудистой стенки. При данных заболеваниях также увеличивается индекс жесткости и выявляется дисфункция эндотелия. Кроме того, при медикаментозном тесте с нитроглицерином отмечается недостаточное увеличение времени отражения Т, что свидетельствует о нарушении функции гладкомышечных сосудистых клеток и, следовательно, органических нарушениях сосудистого русла (Власова С.П., Лебедев П.А., Калакутский Л.И., 2003).

Показатели пальцевой объемной пульсовой волны у здоровых и больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Показатели объемной пульсовой волны у здоровых и больных

с сердечно-сосудистыми заболеваниями (M ± m).

группы

ИЖ, м/с

ИО, %

ПФЭ, %

Здоровые (n=47)

8,83± 0,25

55,58± 2,07

26,19± 1,88

Здоровые с факторами риска

ССЗ (n=30)

8,94± 0,35

59,10± 2,40

18,08± 1,73**

ГБ 1 стадии (n=19)

ГБ 2 стадии (n=38)

ГБ 3 стадии (n=19)

ГБ на фоне СД типа 2 (n=19)

10,66± 0,33***

12,41± 0,36***

12,83± 0,74***

12,24± 0,41***

65,76± 1,95*

69,09± 1,42**

75,35± 1,34***

66,47± 1,67*

7,58± 0,93***

3,77± 0,87***

-1,40± 1,20***

-3,12± 1,20***

Атеросклероз периферических

артерий (n=15)

11,23± 0,38***

73,58± 1,86***

0,06± 4,59***

* p < 0,05 ** p < 0,01 *** p < 0,001

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ контура пальцевой объемной пульсовой волны является простым неинвазимным методом скрининговой диагностики факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний и осложнений, и оценки функции эндотелия.

Показатель ФПГ, индекс жесткости может применяется для оценки возрастных изменений эластичности сосудов у здоровых и процессов сосудистого ремоделирования у больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Изменение показателей ФПГ в ходе пробы с реактивной гиперемией может быть использовано для оценки функции эндотелия и для выявления ее ранних нарушених.

Медикаментозные тесты позволяют оценить функцию гладкомышечных клеток и характер патологического процесса (функциональный или органический).

Динамическое наблюдение больных позволяет судить об эффективности проводимого лечения и улучшении функции эндотелия.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Беленков Ю.Н., Мареев В.Ю. Сердечно-сосудистый континуум. // Сердечная недостаточность. -2002. Т. 3, №1. -с. 7.

  2. Власова С.П., Лебедев П.А. Компьютерный анализ фотоплетизмограммы периферического пульса у здоровых и больных гипертонической болезнью // Материалы 68-й Республиканской итоговой научно-практической конференции студентов и молодых ученых Республики Башкортостан с международным участием “Вопросы теоретической и практической медицины”, посвященной году спорта и здорового образа жизни. –Уфа, 2003. –С.102.

  3. Власова С.П., Лебедев П.А., Калакутский Л.И. и соавт. Фотоплетизмограмма в оценке ремоделирования и реактивности артерий у больных с гипертонической болезнью // Конгресс ассоциации кардиологов стран СНГ “Фундаментальные исследования и прогресс в кардиологии”. –СанктПетербург, 2003. –С.164.

  4. Власова С.П., Лебедев П.А., Калакутский Л.И. и соавт. Возможности компьютерного анализа фотоплетизмограммы в оценке эластических свойств артерий у больных с гипертонической болезнью // Материалы XI международной конференции и дискуссионного научного клуба “Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии”. –Ялта, 2003. –С.58-59.

  5. Власова С.П., Лебедев П.А., Калакутский Л.И. Эластичность периферических артерий как показатель эндотелиальной дисфункции у больных с гипертонической болезнью // Материалы X Российского национального конгресса “Человек и лекарство”. –Москва, 2003. –С.243.

  6. Власова С.П. Передаточная функция артерий у больных гипертонической болезнью // Материалы Всероссийской конференции “Молодые ученые – медицине. Аспирантские чтения – 2003”. –Самара, 2002. –С.77-78.

  7. Затейщикова А.А., Затейщиков Д.А. Эндотелиальная регуляция сосудистого тонуса: методы исследования и клиническое значение. // Кардиология. -1998. -№ 9. -с. 68-78.

  8. Ольбинская Л.И. Общность патогенеза АГ и ХСН. // Ж. Сердечная недостаточность. -2002. Т. 3, № 1. -с.17.

  9. Asmar R., Rudnichi A. et all. Pulse pressure and aortic pulse wave velocity are markers of cardiovascular risk in hypertensive populations.// Am. J. Hypertens.-2001.-Vol.14.-p.91–97.

  10. Blacher J., Asmar R. et all. Aortic pulse wave velocity as a marker of cardiovascular risk in hypertensive patients. // Hypertension. - 1999. -Vol.33. -p. 1111–1117.

  11. Laurent S., Boutouyrie P. et all. Aortic stiffness is an independent predictor of all-cause and cardiovascular mortality in hypertensive patients. // Hypertension. -2001. Vol. 37. -p. 1236–124.

  12. O'Rourke MF, Kelly RP. Wave reflection in the systemic circulation and its implications in ventricular function. // J. Hypertens. -1993. -Vol. 11. -p. 327-337.