Способ определения показателя интегральной жесткости артериальной системы коэффициента объемной упругости при синусовой тахикардии - частоте сердечных сокращений более 90 ударов в минуту Российский патент 2023 года по МПК A61B5/02 A61B5/245 A61B5/22 

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 упругоэластических 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.

Наиболее точным методом определения интегральной жесткости является расчет коэффициента объемной упругости (КОУ) по математической модели сердечно сосудистой системы А.Э. Терегулова [5], принятой 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 преодоление 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 показателей 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 [6]. 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 произведения сложного математического расчета и использования трудно измеряемых физиологических параметров - венозного давления в правом предсердии, что затрудняет применение данного показателя в практическом здравоохранении. Таким образом, упрощение метода расчета КОУ позволило бы обеспечить более широкое внедрение данного способа в клинику.

Нами был предложен более простой способ расчета коэффициента объемной упругости (КОУ) с учетом показателей УО и пульсового АД (ПАД).

.

Но данный способ позволяет получить точные результаты только у пациентов с нормокардией - при ЧСС от 60 до 90 в минуту, а при тахикардиях существенно возрастает ошибка, и данный способ неприменим [7].

Н.Н. Савицкий (1974) вывел формулу вычисления «суммарного модуля объемной упругости» Ео на основе модельного представления артериальной системы, как «неветвящейся эластической трубки с площадью сечения, равной площади сечения аорты у ее основания»:

,

где D - продолжительность диастолы в сек, срАД - среднегемодинамическое АД, ПАД - пульсовое АД [8].

Но основе данного подхода мы разработали способ расчета КОУ: у пациента определяют ПАД в мм рт.ст., как разницу систолического и диастолического АД, и при эхокардиографии измеряют УО (мл), ЧСС и продолжительность диастолы методом тканевого допплеровского сканирования левого желудочка, рассчитывают МОК и по формуле определяют КОУ:

Данный способ расчета КОУ можно использовать при любой ЧСС. Ограничением метода является необходимость прямого измерения продолжительности фазы диастолического наполнения левого желудочка при эхокардиографичесом исследовании, что не входит в стандартный протокол эхокардиографического исследования, требует использования тканевого допплера и рутинно не проводится. Это ограничивает возможность ретроспективного анализа данных эхокардиографического исследования с расчетом КОУ.

Целью предполагаемого изобретения является упрощение определения и повышение точности измерения КОУ у пациентов с тахикардиями при ЧСС более 90 ударов в минуту.

Изобретение обосновано следующим нашим исследованием, которое было проведено в 2 этапа, и поясняется чертежами и таблицами, где

Рис. 1. График зависимости периода диастолического наполнения левого желудочка D (с) от RR (с).

Рис. 2. График зависимости КОУ от Е₀

Таблица 1. Сравнение интегральных показателей артериальной жесткости.

Таблица 2. Примеры расчета КОУ ср

На 1 этапе обследовано 27 практически здоровых пациентов в возрасте от 18 до 45 лет. Методом чреспищеводной электрокардиостимуляции учащали сердечный ритм от 90 ударов в мин до физиологического блокирования АВ-проведения с появлением периодики Самойлова-Венкебаха. На разной частоте сердечных сокращений с шагом 10 ударов в минуту при эхокардиографии с тканевым допплеровским картированием проводили измерение времени диастолического наполнения левого желудочка (D). Всего произведено 184 измерения.

Результаты исследования обработаны с применением программы Statistica 8.0, использовался регрессионный анализ с расчетом коэффициента корреляции и построением формулы линейной зависимости.

Построили график зависимости D от RR электрокардиограммы (рис. 1).

Показана высокая корреляционная связь между периодом наполнения и частотой сердечных сокращений (r=0,85, р<0,0001). Методом линейного регрессионного анализа получена формула, позволяющая рассчитать D по данным RR у пациентов с ЧСС более 90 ударов в минуту.

D(c)=0,58xRR(c)-0,042

На 2 этапе обследовано 190 пациентов с синусовой тахикардией (ЧСС более 90 в минуту). Из них 120 (62,6%) женщин в возрасте от 18 до 90, 56,7±17,7 (M±σ) лет и 70 (37,4%) мужчин в возрасте от 23 до 80, 54,3±15,4 (M±σ) лет. Проведен ретроспективный анализ показателей интегральной жесткости артериальной системы: коэффициент объемной упругости КОУ и модуль объемной упругости Ео.

КОУ рассчитывали по математической модели А.Э. Терегулова [5].

Модуль объемной упругости Ео рассчитали на основании полученной нами формулы определения времени диастолического наполнения при тахикардиях:

где

• D(c)=0,58xRR(c)-0,042,

• ПАД - пульсовое АД,

• ЧСС (уд в мин) и УО (мл) - измеряли при эхокардиографии методом Симпсона;

• срАД вычисляли по формуле: срАД=0,42САД+0,58ДАД [10],

• ОПСС вычисляли по формуле: 79,92 x срАД (мм рт.ст.)/МОК(л/мин) [10],

• МОК (л/мин) вычисляли по формуле ЧСС x УО (мл)/1000 [10].

Данные показателей КОУ и Е₀ пациентов с тахикардией представлены в таблице 1.

Как показано в таблице, значения показателей интегральной жесткости КОУ и Е₀ у пациентов достоверно отличались.

Таким образом, возникла необходимость рассчитать КОУ из данных Е₀.

Для этого проведен регрессионный анализ и построен график линейной зависимости КОУ от Е₀. Данные представлены на рис. 2.

Показано, что имеется очень высокая корреляционная связь между этими параметрами интегральной артериальной жесткости (r=0,9996; р<0,001). На основании данной зависимости выведена формула расчет КОУ из данных Е₀ у пациентов с тахикардиями.

КОУ_Ео=0,74х Е₀-6,4

Подставляя формулы расчета периода диастолического наполнения D при тахикардиях и Е₀, получаем формулу расчета КОУ при тахикардиях:

По вышепредставленной формуле рассчитали КОУ_Ео, затем сравнили их с КОУ, полученному из модели. Определили ошибку расчета КОУ по новому методу в процентах и обозначили этот параметр как Дельта:

В таблице 2 приведены примеры расчета КОУ ср.

Таким образом, способ определения интегральной жесткости артериальной системы позволяет упростить расчет КОУ при сохранении его высокой точности, ошибка не превышает 5%. Показатели, используемые в формуле (ПАД и УО, ЧСС), 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.

Суть способа заключается в том, что у пациента с тахикардией при ЧСС более 90 ударов в минуту определяют ПАД в мм рт.ст., как разницу систолического и диастолического АД, измеряют УО (мл), ЧСС при эхокардиографии, рассчитывают срАД, МОК и ОПСС по вышеуказанным общеизвестным формулам, затем определяют КОУ:

Таким образом, способ определения интегральной жесткости артериальной системы у пациентов с тахикардиями позволил упростить расчет КОУ, что обеспечит его более широкое внедрение его в клинику.

В качестве иллюстрации использования данного подхода в клинической практике предлагаем клинический пример.

Клинический пример. Пациент Г., 58 лет, проходил обследование и лечение в ГАУЗ «Республиканская клиническая больница МЗ РТ», (г. Казань).

Диагноз: Гипертоническая болезнь III стадии, степень АГ 1, целевое АД<130/<80 мм рт.ст. ГЛЖ (гипертрофия левого желудочка). Риск 4. ХСН (хроническая сердечная недостаточность) с сохраненной фракцией выброса (СНсФВ) I стадии, 1 ФК (функциональный класс) (NYHA).

Жалобы на периодическое повышение АД в течение последних 10 лет до 200/110 мм рт.ст. Антигипертензивные препараты систематически не принимал.

ЭхоКГ данные за гипертрофию миокарда левого желудочка, геометрическая модель ЛЖ (левого желудочка) - «эксцентрическая гипертрофия», умеренное увеличение левого предсердия, ФИ (фракция изгнания) ЛЖ - 57%.

На момент осмотра САД - 145 мм рт.ст.; ДАД - 95 - мм рт.ст.; ПАД - 50 мм рт.ст.; СрАД - 119 мм рт.ст.; ЧСС - 100 уд в мин.; УО - 39 мл; МОК - 3,9 л/мин;

Расчет по математической модели А.Э. Терегулова:

КОУ - 2474 дин/мл, ОПСС - 2439 дин*сек./мл, КОУ/ОПСС - 1,01.

Расчет КОУ_Ео по предложенной нами формуле:

КОУ_Ео - 2483 дин/мл, ОПСС - 2377 дин*сек./мл, КОУ_Ео/ОПСС - 1,04

В результате использования предложенного нами метода расчета КОУ получены практически идентичные результаты с референтным методом расчета по математической модели, ошибка расчета составила=0,35%.

Определили дифференцированные типы гемодинамики, которые позволили нам провести индивидуальную антигипертензивную терапию.

Заключение: тип гемодинамики нормокинетический, тахисистолический, с преобладанием жесткости артериальной системы. При данном типе гемодинамики рекомендовано использовать антагонисты рецепторов ангиотензина II 1 типа (сартаны) или ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (иАПФ) в комбинации с бета-блокаторами. В связи с этим пациенту назначен препарат престилол (кардиоселективный бета-блокатор бисопролол в комбинации с высоколипофильным иАПФ периндоприлом А) 5/5 мг по 1 таблетке 1 раз в сутки с хорошим терапевтическим антигипертензивным эффектом и достижением целевых значений АД за 1 месяц (рекомендуемый срок в соответствии с Клиническими рекомендациями «Артериальная гипертензия у взрослых» (Москва, 2020 г.) - 3 месяца [11].

Таким образом, использование расчета показателя интегральной жесткости КОУ_Ео позволяет определить типы гемодинамики у пациента с артериальной гипертензией и провести эффективную персонифицированную антигипертензивную терапию с достижением целевых значений АД в 2-3 раза быстрее, чем рекомендовано в нормативных документах.

Список литературы

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

doi: 10.1161/JAHA.116.004271.

2. Nikitin Yu.P., Lapitskaya I.V. 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 J.D. 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 Yu.E. 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. RU 2373843 С1, 02.02.2008. (Прототип)

6. RU 2584656 С1, 20.05.2016.

7. RU 2768187 С1, 23.03.2022.

8. Savitskiy N.N. Biophysical fundamentals of blood circulation and clinical methods for the study of hemodynamics. Moscow: Medicine, 1974. p. 307. (In Russ.) Савицкий H.H. Биофизические основы кровообращения и клинические методы изучения гемодинамики. Москва: Медицина, 1974. 307 с.

9. RU 2772786, 25. 05.2022.

10. Инструментальные методы исследования сердечнососудистой системы (Справочник) / Под. ред. Т.С. Виноградовой. - М.: Медицина, 1986. - 416 с.

11. Клинические рекомендации Артериальная гипертензия у взрослых (утв. Минздравом России), Год утверждения (частота пересмотра): 2020// Рубрикатор клинических рекомендаций cr.rosmizdrav.ru [Электронный ресурс], 16.03.2020. URL: http://cr.rosminzdrav.ru/#!/recomend/687).

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии и функциональной диагностике, и может быть использовано для определения интегральной жесткости артериальной системы. У пациента с тахикардией при ЧСС более 90 ударов в минуту определяют пульсовое артериальное давление, общее периферическое сосудистое сопротивление и среднегемодинамическое артериальное давление. Затем с помощью полученных показателей определяют коэффициент объемной упругости по заданной формуле. Способ позволяет повысить эффективность персонифицированной антигипертензивной терапии путем определения типа гемодинамики у пациента с артериальной гипертензией за счет оценки совокупности наиболее значимых показателей. 2 ил., 2 табл., 1 пр.

Способ определения показателя интегральной жесткости артериальной системы коэффициента объемной упругости при синусовой тахикардии - частоте сердечных сокращений более 90 ударов в минуту на основе оценки числа сердечных сокращений, пульсового артериального давления, среднегемодинамического артериального давления, общего периферического сосудистого сопротивления, отличающийся тем, что определяют коэффициент объемной упругости КОУ_Ео по формуле:

где КОУ_Ео - коэффициент объемной упругости,

ПАД - пульсовое артериальное давление,

ОПСС - общее периферическое сосудистое сопротивление,

срАД - среднегемодинамическое артериальное давление,

RR - интервал на ЭКГ, определяющий число сердечных сокращений.