Компьютерная сфигмография для количественной оценки кинетики магистральных артерий

Аннотация

У 58 здоровых лиц проведен контурный анализ по второй производной сфигмограмм центральных и периферических артерий. Установлено, что при движении пульсовой волны от проксимальных участков артериальной системы к дистальным сохраняются кинетические характеристики сосудистой стенки артерий.

Полный текст

В последнее десятилетие резко возрос объем оперативных вмешательств при заболеваниях магистральных артерий, реконструктивных операциях на артериях брахиоцефальной системы, при аортальных пороках, а также расширен список лекарственных средств, активно влияющих на артериальный сосудистый тонус при гипертензиях. В связи с этим представляет практический интерес неинвазивный оперативный контроль за состоянием кинетики магистральных артерий. Широко применяемые в настоящее время ультразвуковые методы исследования сосудов характеризуют морфологию стенок артерий эластического и мышечного типов и состояние кровотока в месте фиксации датчика. Однако эти методы не позволяют количественно оценить пропульсивную Лэоту артериальной стенки (биомеханику) в процессе формирования этого кровотока. Такая информация может быть получена изданных сфигмографии — несправедливо забытого традиционного диагностического метода.

Цель работы — на основе контурного анализа сфигмограмм (СГ) предложить новый метод анализа — компьютерную сфигмографию (КС) и показать ее диагностические возможности для количественной оценки состояния кинетики магистральных артерий.

Обследованы 58 здоровых людей (средний возраст — 34,0±2,6 года). У всех обследованных регистрировали СГ сонной, локтевой, лучевой артерий, артерии голени и свода стопы, ЭКГ, ФКГ.

Регистрацию СГ осуществляли на полиграфе “Biomedika”, укомплектованном датчиком давления с постоянной времени 1,3. Аналоговый выход полиграфа был соединен с платой аналого-цифрового преобразователя PCL 712, находящегося в одном из слотов расширения персональной ЭВМ. Частота дискретизации при записи СГ составляла 50 Гц. Введенные амплитуды нормировали, то есть приводили их размах к единице. Колебания пронормированных амплитуд, вызванные случайными ошибками, сглаживались по методу наименьших квадратов при апроксимации амплитуд квадратичной параболой, проходящей через пять последовательных точек. По сглаженным значениям амплитуд вычисляли первую (PR1) и вторую (PR2) производные СГ.

При интерпретации полученных данных исходили из того, что регистрируемые СГ представляют интегральные кривые, отражающие перемещение участка сосудистой стенки, во-первых, при воздействии внутри- и внесосудистого факторов, а во-вторых, самой сосудистой стенки под датчиком, а также дистальнее и проксимальнее места его наложения. Физический смысл первой производной от функции перемещения - это скорость изменения данной функции, второй производной — ускорение, с которым изменяется эта функция. Отсюда первую и вторую производные СГ можно применять для количественной характеристики скорости и ускорения перемещения участка сосудистой стенки, произведение производных — для определения мощности процесса перемещения и совершаемой при этом работы.

У всех обследованных сравнивали график СГ центрального и периферического пульса с их вторыми производными.

Ранее уже проводилось такое сопоставление для АКГ и ее второй производной [2], и было установлено, что пики и переходы через ноль графика второй производной соответствуют границам фаз сердечного цикла и моментам изменения внутрисердечной гемодинамики. Теперь установлено, что график второй производной СГ как для артерий эластического, так и мышечного типов содержит два всегда идентифицируемых максимума, три минимума и три перехода через ноль. При многократном воспроизведении записи СГ у одного и того же обследуемого указанные характерные точки возникают в строго определенной временной последовательности.

В результате по одному и тому же алгоритму в автоматизированном режиме были выделены следующие периоды (см.рис.).

Сфигмограммы и их вторые производные: 1 — сонной артерии, II — задней артерии голени.

Сфигмограмма центральных артерий. Фаза 2—4: поступление в сосуд основной части УО крови. Фаза 4—8: ответная реакция артериального отдела сосудистой системы на поступление крови при сердечном сокращении. Фаза 2—3: аорта и левый желудочек составляют единую полость. Активное сокращение мышц миокарда желудочков приводит к резкому повышению давления в начальных отделах аорты и сосудов эластического типа. В силу градиента давления между этими отделами артериальной системы и более дистальными возникает движение крови. Размещение ударного объема крови за короткий срок становится возможным благодаря расширению аорты и в меньшей степени за счет линейного перемещения крови. Волна повышенного давления (пульсовая волна) распространяется в артериях со скоростью, обратно пропорциональной степени эластичности их стенок. Энергия, кумулированная в сосудистой стенке аорты, в последующем превращается в кинетическую энергию кровотока, которая поддерживает непрерывность движения крови в артериях.

Фаза 3—4: период дальнейшего расширения диаметра сосуда для приема большего объема крови и накопления энергии сосудистой стенки для последующей активной работы по перемещению крови в более дистальные отделы. Скорость перемещения участка сосудистой стенки под датчиком достигает максимального значения.

Фаза 4—5: активное участие сосудистой стенки в процессе перемещения У О крови. За счет возврата ею части запасенной энергии происходит поддержание давления внутри сосуда на высоком уровне при уменьшении диаметра сосуда. К концу фазы 4—5 наблюдается снижение давления внутри сосуда за счет перехода основной части ударного объема в более дистальные отделы. Наступает момент, когда давление внутри левого желудочка приближается к давлению в проксимальных отделах аорты и аортальный клапан закрывается (т.5).

Фаза 5—6: дальнейшее уменьшение диаметра сосуда позволяет поддерживать снижающееся внутри сосуда давление на достаточно высоком уровне в условиях завершения изгнания крови из левого желудочка.

Фаза 6—7: волна, отраженная от дистальных отделов артериальной системы, возвращается к 334

сердцу и, отражаясь от створок закрытого аортального клапана и сосудистых стенок, распространяется на периферию, то есть возникает циркуляция ударной волны крови между дистальными и проксимальными отделами артериальной системы, которая носит затухающий характер. Наибольшим по амплитуде является первое колебательное движение. Оно и определяет так называемую дикроту. Характер колебательных движений и амплитуда этих отраженных волн ограничивается в основном плотно-эластическими свойствами сосудистой стенки.

Фаза 7—8: постепенное уменьшение диаметра сосуда. При этом сосудистая стенка “демпфирует” колебания внутрисосудистого давления, возникающие за счет отраженных волн. Сосуд возвращает энергию, запасенную в периоде 2—4, что способствует поддержанию внутрисосудистого давления на уровне, препятствующем обратному току крови.

Сфигмограмма периферических артерий. Фаза 2—4: закономерности формирования этого участка сфигмограммы периферического пульса аналогичны закономерностям, описанным ранее для центральных артерий. Происходит растяжение мышечных элементов сосудистой стенки, в частности кольцевых или спиралевидных волокон, и подготовка к последующему их сокращению. Кроме того, наблюдается накопление энергии эластическими элементами сосудистой стенки.

Фаза 3—5: сокращение гладких мышц o6yсловливает пропульсивную энергию стенок сосудов, дополняющую энергию систолы сердца и приводит к уменьшению диаметра сосуда и поддержанию внутрисосудистого давления на уровне, достаточном для продолжения процесса перемещения крови в более дистальные отделы. Стенка сосуда работает как эластомоторная спираль, сокращение которой влечет за собой не столько окклюзию сосуда, сколько его укорочение и удлинение. В результате такого сокращения насасывание крови сочетается с ее проталкиванием. Чем дальше к периферии, тем большую роль в пропульсивной деятельности сосудов играют кольцевые (спиральные) мышцы, сокращение которых способствует сохранению кинетической энергии крови, изгнанной из сердца, то есть сохранению первичного импульса сердца. Таким образом, период 2—4 в большей степени отражает характер повышения внутрисосудистого давления за счет сердечного выброса, а период 4—6 — активную работу сосудистой стенки по поддержанию этого давления.

Фаза 6—8: появление этой волны на сфигмограммах периферического пульса в основном определяется изменением наружного диаметра сосуда в связи с пропульсивной деятельностью стенки в более дистальных по отношению к месту наложения датчика отделах исследуемого сосуда. Сократительные элементы в артериях мышечного типа располагаются спиралевидно [1]. Поэтому эффект от их сокращения проявляется

в поперечном и продольном направлениях относительно длинника сосуда. Поперечная составляющая вызывает сужение просвета сосуда и уменьшение его наружного диаметра, а продольная — приводит к утолщению сосудистой стенки, увеличению наружного диаметра сосуда в месте активного сокращения, уменьшению толщины сосудистой стенки до и после места сокращения. Амплитуда сфигмограммы периферического пульса в этот период также зависит от отражения отчетной пульсовой волны, идущей от закрытого летального клапана к периферическим сосудам. Этот процесс носит характер затухающего колебания.

Таким образом, амплитуда волны на фазе 6—8 на сфигмограммах периферического пульса определяется прежде всего свойствами самой сосудистой стенки: интенсивностью сокращения мышечного слоя и плотно-эластическими свойствами сосуда.

Характер, форма и основные закономерности второй производной, отражающей силовые характеристики АКГ и СГ артерий эластического и мышечного типов, позволили выявить определенную преемственность функционирования различных отделов сердечно-сосудистой системы. Закономерности силовых характеристик сердца сохраняются по мере продвижения пульсовой волны от проксимальных отделов артериальной системы в более дистальные (см. табл.).

Учитывая интегральный характер кривой СГ и противоречивые данные литературы, мы не ставим сейчас перед собой задачи попытаться дать физиологическое толкование выявленной закономерности. Хотелось лишь подчеркнуть преемственность, физиологическую связь между сердцем как центром и артериальными сосудами, которая позволяет обеспечить кровообращение в органах и тканях.

Предлагаемая методика КС позволит повысить диагностическую ценность одного из традиционных методов исследования состояния сердечно-сосудистой системы и дать возможность не только качественно, но и количественно характеризовать функцию артерий эластического и мышечного типов.