Способ определения показателя интегральной жесткости артериальной системы коэффициента объемной упругости при частоте сердечных сокращений от 60 до 90 ударов в минуту Российский патент 2022 года по МПК A61B5/02 

Изобретение относится к медицине, конкретно - к кардиологии, функциональной диагностике, и может быть использовано для определения интегральной жесткости артериальной системы.

Рост смертности от сердечно-сосудистых заболеваний диктует необходимость поиска надежных критериев стратификации риска развития таких патологий как артериальная гипертензия (АГ), мозговой инсульт, инфаркт миокарда. Показано, что одним из факторов развития АГ и сердечно-сосудистых катастроф является снижение эластических свойств артериальной стенки, и показатели жесткости артериальных сосудов являются интегральным фактором, определяющим сердечно-сосудистые риски [1].

Артериальная жесткость (ригидность) относится к наиболее сложно определяемым характеристикам, хотя в клинической практике методов изучения состояния артериальной стенки и ее упруго эластических свойств достаточно много.

Все методы изучения ригидности артерий можно разделить на две группы, которые оценивают интегральную (системную) и региональную (локальную) артериальную жесткость [2, 3].

Интегральная артериальная жесткость оценивает эластичность артериальной системы в целом и является одним из гемодинамических факторов, определяющих уровень артериального давления (АД), наряду с сердечным выбросом - ударным объемом (УО), минутным объемом кровообращения (МОК) и общим периферическим сосудистым сопротивлением (ОПСС) [4].

Анализ интегральной жесткости является сложной задачей, так как она зависит от многих гемодинамических факторов - показателей АД, сердечного выброса, числа сердечных сокращений (ЧСС), продолжительности фаз сердечного цикла. Ее нельзя непосредственно измерить, ее рассчитывают по определенным формулам. Для оценки интегральной жесткости используется показатель системной ригидности (CP), который представляет собой отношение пульсового артериального давления (ПАД) к УО [5].

Более точным методом определения интегральной жесткости является расчет коэффициента объемной упругости (КОУ) по математической модели сердечно сосудистой системы А, Э. Терегулова [6], принятому за прототип. По своей основной функции сердце является насосом, который во время сокращения генерирует кинетическую энергию сердечного выброса. Энергия движущего потока крови тратится на преодоление эластического сопротивления артериальных сосудов (КОУ) и периферического сопротивления артериол (ОПСС). Модель позволяет рассчитать КОУ и ОПСС в одной размерности, т.е. стандартизовать эти параметры и по соотношению КОУ/ОПСС оценить распределение энергии, которая расходуется на преодоления эластического и периферического сосудистого сопротивления. Если это соотношение >1, то преобладает жесткость артериальной системы, если <1, то периферическое сопротивление. Так как КОУ и ОПСС имеют размерность выполненной работы за счет затраченной энергии, то абсолютные значения этих показатели имеют меньшее значение, чем отношение КОУ к ОПСС, в связи с тем, что абсолютные значения будут зависеть от общей энергии сердечного выброса [4].

Ю.Э. Терегуловым (2016 г.) были предложены дифференцированные типы гемодинамики на основе анализа интегральных параметров кровообращения, определяющих уровень АД - МОК, ЧСС, КОУ и ОПСС. Для каждого пациента рассчитывалось должное значение МОК по данным пола, возраста, роста и веса. На основании сравнения измеренного значения МОК с должным выделялись гиперкинетический, эукинетический и гипокинетический типы; по ЧСС - тахисистолический, нормосистолический и брадисистолический; по соотношению КОУ/ОПСС - с преобладанием жесткости артериальной системы и с преобладанием периферического сосудистого сопротивления [7]. Выделение этих типов кровообращения у пациентов с АГ позволяет определить основное звено гемодинамики, ответственное за повышение АД у данного пациента, и индивидуализировать антигипертензивную терапию [4].

Недостатком прототипа является то, что расчет КОУ требует использования сложного математического расчета и это затрудняет применение данного показателя в практическом здравоохранении. Таким образом, упрощение метода расчета КОУ позволило бы обеспечить более широкое внедрение данного способа в клинику.

Целью предполагаемого изобретения является упрощения определения и повышения точности измерения жесткости артериальной системы.

Предполагаемое изобретение поясняется таблицами и рисунками, где:

Рис. 1 - показывает график линейной зависимости КОУ от CP,

Рис. 2 - показывает график линейной регрессии ЧСС от Дельта CP,

Таблица 1 - показаны интегральные показатели у пациентов с нормальным уровнем АД и больных с АГ.

Суть способа заключается в том, что показатель интегральной жесткости артериальной системы при частоте сердечных сокращений от 60 до 90 ударов в минуту определяют с помощью коэффициента объемной упругости КОУср, рассчитанного в зависимости от показателя системной ригидности по формуле .

Для этого у пациента определяют ПАД в мм рт.ст. как разницу систолического и диастолического АД. и измеряют УО в мл эхокардиографическим методом. По формуле определяют КОУ:

Данная формула получена в результате следующего исследования. Проведен ретроспективный анализ данных интегральных параметров гемодинамики (АД, ОПСС, УО, ЧСС и КОУ) 1660 пациентов с синусовым ритмом, которые были выбраны из базы данных случайным образом. Из них 60% составили женщины в возрасте от 18 до 90, 58,6±16,0 (Μ±σ) лет; 40% -мужчины в возрасте от 18 до 92, 53,5±17,7(Μ±σ) лет.

Пациенты были разделены на 2 группы: 1-ю составили 898 человек с нормальным уровнем АД (<140/90 мм рт.ст.), средний возраст составил 47,3±17,1 лет; 2-ю - 762 пациента с АГ, средний возраст - 65,4±10,8 лет.

В ходе анализа были использованы следующие методы исследования:

• САД и ДАД определяли аускультативным методом;

• УО, ЧСС - измеряли при эхокардиографии методом Симпсона;

• КОУ, ОПСС и СрАД вычисляли по модели А.Э. Терегулова [6];

• CP рассчитывали в дин/мл по формуле 1333 × ПАД/УО [5];

Результаты исследования обработаны с применением программы

Statistica 8.0. Средние значения в исследовании представлены как M±SD. Среди методов обработки использовались простая статистика, корреляционный анализ Пирсона, линейная регрессия, сравнение количественных данных проводилось методом Стьюдента.

Всем пациентам было проведено исследование интегральных показателей гемодинамики, включая интегральную жесткость артериальной системы, определенную различными методами. Данные представлены в таблице 1. Показано, что пациенты 1-й и 2-й групп закономерно отличались по параметрам АД, сердечного выброса (УО и МОК) и ОПСС, они были достоверно выше у пациентов с АГ. Все параметры интегральной жесткости КОУ, и CP у больных АГ также показали достоверно более высокие значения, чем у пациентов с нормальным АД. Таким образом, КОУ и CP однонаправленно отражают изменения жесткости артериальной системы при изменении АД. В то же время, абсолютные значения CP значительно отличались от КОУ, несмотря на то, что они имеют одну размерность - дин/мл. и отражают один и тот же параметр - интегральную жесткость артериальной системы. В связи с этим, невозможно использовать CP для выделения пациентов с преобладанием жесткости артериальной системы или преобладанием периферического сопротивления, так как, для определения дифференцированных типов кровообращения необходимо соотнести значения показателя интегральной жесткости к ОПСС, для чего необходимо привести значения CP к показателю КОУ.

Для решения этой задачи, мы изучили корреляционную связь между КОУ и СР. Выявлено, что КОУ имел сильную положительную корреляцию с CP (r=0,996, р<0,001). Методом регрессионного анализа построили график линейной зависимости КОУ от CP (рис. 1).

На рисунке 1 представлен график линейной регрессии зависимости КОУ от СР. Точками обозначены значение CP и КОУ каждого случая. Подавляющее число значений располагаются на линии регрессии, что свидетельствует о высокой достоверности определения КОУ через CP по формуле линейной регрессии: КОУ=1,3849×CP-29,3. Подставляя расчет CP, получаем формулу определения КОУ по данным ПАД в мм рт.ст. и УО в мл:

По выше представленной формуле из данных CP рассчитали КОУср, затем сравнили их с КОУ, полученному из модели. Определили ошибку расчета КОУ по новым методам в процентах и обозначили этот параметр как Дельта:

Для оценки причин ошибки провели корреляционный анализ с показателями гемодинамики. Обнаружено, что Дельта CP имела сильную корреляционную связь с ЧСС (r=0,966, р<0,001). Построили график линейной регрессии ЧСС от Дельта CP (рис. 2).

На рисунке 2 представлена зависимость ЧСС от Дельта CP, где подавляющее число точек расположено на линии регрессии. По формуле линейной регрессии: ЧСС=75,2659+3,3416 × Дельта CP можно рассчитать ЧСС, при котором возникает та или иная ошибка. Так при ЧСС=75 в мин Дельта CP стремится к нулю, при ЧСС 60-90 мин ошибка составляет ±5%, а при ЧСС 90-110 и 40-60 в мин ±10%. Таким образом, представленная формула расчета КОУ от CP дает наиболее точные результаты с ошибкой ±5% при ЧСС от 60 до 90 в минуту. При тахикардии и брадикардии ошибка становится больше ±5%, в этих случаях необходимо рассчитывать КОУ по математической модели А.Э. Терегулова.

Таким образом, способ определения интегральной жесткости артериальной системы позволяет упростить расчет КОУ. Показатели, используемые в формуле - ПАД и УО - легко измеряются в рутинных исследованиях, а значит, данный способ расчета обеспечит более широкое внедрение в клинику практической медицины определение интегральной жесткости артериальной системы. Оценка интегральной жесткости артериальной системы позволит выделить дифференцированные типы кровообращения у пациентов с АГ и определить гемодинамические факторы ответственные за повышение АД, что необходимо для проведения более эффективной персонифицированной антигипертензивной терапии.

Список литературы

1 Niiranen TJ, Kalesan В, Hamburg NM et al. Relative contributions of arterial stiffness and hypertension to cardiovascular disease: The Framingham Heart Study. J Am Heart Assoc. 2016; 5(11):e004271.

doi: 10.1161/JAHA.116.004271.

2 Nikitin YuP, Lapitskaya IV Arterial stiffness: indicators, determination methods and methodological difficulties. Cardiology. 2005; 11:113-120. (In Russ.)

Никитин Ю.П., Лапицкая И.В. Артериальная жесткость: показатели, методы определения и методологические трудности. Кардиология. 2005; 11:113-120.

3 Spronck В, Humphrey JD Arterial stiffness: different metrics, different meanings. Journal of Biomechanical Engineering. 2019; 141(9):091004 (12 pages)

https://doi.org/10.1115/1.4043486

4 Teregulov YuE Integral stiffness of the arterial system in a comprehensive assessment of hemodynamics in patients with arterial hypertension and in healthy individuals. autoref. dis. Dr. med. sciences. Kazan, 2016. p.40. (In Russ.) Терегулов Ю.Э. Интегральная жесткость артериальной системы в комплексной оценке гемодинамики у больных артериальной гипертензией и у здоровых лиц. автореф. дис. д-ра мед. наук. Казань, 2016. 40 с.

5 Van Bortel LM, Dupres D, Starmam-Kool MJ et al. Clinical application of arterial stiffness, Task Forse III: recommendations for user procedures. Am. J. Hypertens. 2002; 15:445-52.

doi: 10.1016/s0895-7061(01)02326-3.

6 RU 2373843 C1, 02.02.2008. (Прототип)

7 RU 2584656 C1, 20.05.2016.

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, функциональной диагностике, и может быть использовано для определения интегральной жесткости артериальной системы. Определяют показатели систолического и диастолического артериального давления (САД и ДАД). Затем определяют пульсовое давление (ПАД) как разницу САД и ДАД. Путем эхокардиографии методом Симпсона определяют ударный объем (УО) и ЧСС. Коэффициент объемной упругости (КОУср) вычисляют по формуле . Способ позволяет проводить более эффективную персонифицированную антигипертензивную терапию за счет дифференцирования типов кровообращения у пациентов с АГ и определения гемодинамических факторов, ответственных за повышение АД. 2 ил., 1 табл.

Способ определения показателя интегральной жесткости артериальной системы: коэффициента объемной упругости при частоте сердечных сокращений от 60 до 90 ударов в минуту, включающий оценку пульсового артериального давления и ударного объема сердца, отличающийся тем, что определяют систолическое артериальное давление (САД) и диастолическое артериальное давление (ДАД) аускультативным методом, определяют пульсовое артериальное давление (ПАД) как разницу САД и ДАД, затем измеряют ударный объем (УО) и ЧСС при эхокардиографии методом Симпсона и определяют коэффициент (КОУср) по формуле .