CC BY
149
ла, отличающихся (на единицу) порядком дифференцирования. Увеличение порядка нормированного момента на два (п-четное) приводит к появлению в (1) нового сомножителя. Таким образом, сомножители момента п-го порядка содержат всю информацию обо всех моментах более низкого порядка. Корень квадратный из сомножителей в (1) образует ряд среднеквадратических частот
ю 2 ,..., ю 2 , которые представляют особый интерес и составляют исход-
•у ^(1) ■у ^(п'2)
ный алфавит структурных характеристик описания анализируемого сигнала. Варьируя интервалом усреднения можно получать интегральную или локальную оценку среднеквадратических частот. Интегральная (глобальная) оценка (большой интервал усреднения) среднеквадратических частот определяет степень высокочастотного характера сигнала и его производных на этом интервале усреднения. Скользящая локальная оценка (небольшой интервал усреднения) позволяет сформировать позиционное положение нулей исходного и дифференцированного сигналов или, другими словами, положение нулей, экстремумов, точек перегиба и т.д. анализируемого сигнала. Знание позиционного положения дает информацию о временных интервалах между комбинаторикой «нулей». В совокупности вся информация является основой для формирования грамматики языка, позволяющего вынести решение при классификации сигнала.
Отметим, что фазовый метод может быть использован при анализе широкого круга биомедицинских сигналов - электромиограммы, электрокардиограммы и т.д. Подчеркнем, что «нули» - инвариантные характеристики, поэтому изменения уровней сигнала и шума не влияют на выходной сигнал фазового фильтра, что подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями.
М.Ю. Смирнова
МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ И ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ПАТОЛОГИЧЕСКИ ИЗМЕНЕННЫХ СТРУКТУР ЖЕЛУДОЧКОВ СЕРДЦА
ПРИ ИХ КОРРЕКЦИИ
Больные с постинфарктными аневризмами сердца и ишемическими желудочковыми тахикардиями в первую очередь ассоциируются с таким понятием, как внезапная сердечная смерть (ВСС). Основными методами лечения больных с ишемическими желудочковыми тахикардиями и постинфарктными аневризмами сердца: медикаментозная антиаритмическая терапия, радикальное устранение аритмогенного очага и имплантация кардиовертера-дефибрилятора с целью профилактики ВСС. Бесспорно, что наиболее радикальные методы лечения позволяют добиться наилучшего гемодинамического результата. Однако, принимая во внимание тот факт, что у данной категории больных имеются нарушения в кровоснабжении сердечной мышцы и расстройства внутрисердечной гемодинамики, выбор рациональной тактики является одной из наиболее сложных и нерешенных проблем современной кардиохирургии. Клинический опыт показал, что не всем пациентам данной категории может быть выполнено радикальное хирургическое вмешательство, поэтому четкие критерии отбора и выбор окончательных показаний существенным образом влияя.т на результаты хирургического лечения, госпитальную летальность и показатели отдаленной выживаемости и качество жизни.
Даже при правильном поставленном диагнозе возможности консервативной терапии аритмогенной дисплазии сердца невелики: эффективность антиаритмиче-ских препаратов составляет 40-50% на ранних стадиях заболевания; причем монотерапии, как правило, оказывается недостаточно, и требуется сочетание 2-3 анти-
аритмиков, что увеличивает частоту возникновения побочных, в том числе про-аритмогенных, эффектов и значительно увеличивает стоимость лечения. Большинству пациентов, имеющих жизнеугрожающие аритмии на фоне аритмогенной дисплазии сердца, требуется хирургическая помощь.
Хирургическая коррекция постинфарктных аневризм желудочков сердца направлена на восстановление структурно-геометрических и функциональных изменений желудочков, развившихся в результате обширного трансмурального инфаркта миокарда. Целью хирургической коррекции постинфарктных аневризм является устранение патологических морфофункциональных изменений желудочков сердца, лечение и профилактика сердечной недостаточности и жизнеугрожающих аритмий.
Ремоделирование желудочков сердца - это динамический процесс, который развивается в ответ на «агрессию» против миокарда и влияет на насосную функцию сердца, на систолическую и диастолическую ее составляющие.
Одним из часто (в 10-34% случаев) встречающихся вариантов постинфарктного ремоделирования является аневризма левого желудочка. Также скопление жировой и фиброзной ткани между эндокардом и эпикардом создает предпосылки для развития аневризм, которые диагностируются у 60% больных аритмогенной дисплазией сердца. Инфаркт миокарда осложняется развитием постинфарктной аневризмы левого желудочка, которая представляет собой ограниченное выпячивание истонченного рубцового участка стенки сердца. Образование постинфарктной аневризмы левого желудочка связано с выраженным изменением геометрии левого желудочка, увеличением его объемов, массы миокарда, нарушением насосной функции левого желудочка, то есть изменяются все параметры, характеризующие желудочковое ремоделирование. Изменения левого желудочка, возникающие при инфаркте миокарда, являются результатом его архитектурной перестройки и могут серьезно влиять на функцию желудочков и на прогноз заболевания. В процесс ремоделирования вовлекается не только область инфаркта, но и непораженные зоны, на которые ложится функциональная компенсация, изменяется кривизна стенки левого желудочка. От радиуса кривизны пораженных участков зависят различная жесткость стенок левого желудочка и распределение внутрижелудочкового объема.
Аневризматическое изменение геометрии левого желудочка приводит к увеличению напряжений и к снижению сократительной возможности сердечной мышцы. При этом уменьшается диастолическое наполнение желудочка, увеличивается конечное диастолическое давление и возникает сердечная недостаточность. Деформация левого желудочка у пациентов с постинфарктной аневризмой левого желудочка является дополнительным негативным прогностическим фактором для развития сердечной недостаточности. Перерастяжение в пограничной зоне между рубцом и жизнеспособной тканью в изоволюмическую фазу систолы приводит к снижению укорочения волокон в систолу, что не дает возможности им адекватно поддерживать сердечный выброс и приводит к снижению общей насосной функции левого желудочка. Прогноз у пациентов с постинфарктной аневризмой левого желудочка хуже, чем у пациентов с ишемической дисфункцией миокарда, но без существенной деформации левого желудочка при сопоставимой фракции выброса левого желудочка [1]. В большинстве случаев эта патология требует хирургической коррекции с реконструкцией левого желудочка, а также реваскуляризацией миокарда. На сегодняшний день, в случае если у больного имеется постинфаркт-ная аневризма левого желудочка, то характер вмешательства будет заключаться в резекции аневризмы и удалении в полном объеме фиброзного эндокарда со стороны апикального отдела межжелудочковой перегородки. Это имеет отношение к
переднеперегородочно-верхушечным локализациям аневризмы. Данная локализация встречается более чем в 90% случае. Стойкий антиаритмический эффект операции может быть достигнут практически у 99% больных. Говоря о желудочковых тахикардиях, имеющихся у больных с постинфарктными аневризмами сердца, необходимо отметить и то, что при заднедиафрагмальных локализациях аневризм аритмогенный очаг находится, как правило, в непосредственной близости от митрального клапана, поэтому устранение аритмогенного очага в ряде случаев невозможно, чем объясняется и очень высокий уровень неудач и рецидивов после операции.
При резекции аневризмы применяют различные методики операций: линейную пластику, пластику с синтетической заплатой, эндоваскулярную пластику с использованием внутрижелудочковой заплатой, вшитой по границе рубца и непораженного миокарда, укрытие внутренней синтетической заплаты тканью стенки аневризматического мешка. Сравнительные анализы результатов различных методик операций при обследовании больных в ближайшем и отдаленном послеоперационном периоде оказали одинаковую результативность операции (смертность 3033%). Очевидно, это связано с реконструкцией левого желудочка, не обеспечивающей адекватное напряженно-деформированное состояние при всех методиках операций. При линейной пластике к этому приводит значительное уменьшение объема и увеличение деформации полости левого желудочка. При пластике с заплатами желудочек с измененными упругими свойствами не обеспечивает адекватный ударный выброс: малая заплата приводит к диастолическому несоответствию, большая - к выраженной сердечной недостаточности. На основании целого ряда публикаций, посвященных сравнительному анализу хирургического лечения больных с аневризмами левого желудочка, была предложена и обоснована на данных морфометрических исследований идея, что в основе нормализации насосной функции левого желудочка лежит процесс восстановления характера кровотока в полости левого желудочка в разные фазы сердечного цикла [3]. Выраженное улучшение сократительной способности левого желудочка у пациентов, которым выполнена операция эндовентрикулярной пластики, несмотря на применение акинетической заплаты, связано в первую очередь с восстановлением характера кровотока в полости левого желудочка в разные фазы сердечного цикла. За счет изменения прежде всего внутренней геометрии левого желудочка в нем меняется характер течения крови. Поэтому акинетическая заплата позволяет главным образом восстановить внутреннюю архитектонику полости левого желудочка, приводя к нормализации его насосной функции.
Главная цель, которая стоит перед хирургом при пластике левого желудочка сердца, заключается в его ремоделировании. Основные моменты, на которые должно быть обращено основное внимание, это сохранение нормальных или близких к ним морфометрических взаимоотношений. В первую очередь это касается сохранения нормальных взаимоотношений между основанием левого желудочка и его вновь образованной верхушкой, а также сохранения взаимоотношений между продольной осью левого желудочка и его двумя поперечными размерами на уровне основания и устья аневризматического мешка. Важным техническим аспектом хирургической реконструкции аневризм левого желудочка является восстановление нормальной или оптимальной геометрии желудочка. Правильно выбранный тип хирургической коррекции постинфарктных аневризм приводит к положительным структурным и функциональным изменениям левого желудочка с достоверной редукцией гипертрофии миокарда и дилатации левого желудочка.
Актуальность изучения методов прогнозирования результатов хирургического лечения больных с осложненной ишемической болезнью сердца - аневризмой ле-
вого желудочка и сопутствующими патологиями - связана с высоким риском хирургического лечения и высокой госпитальной летальностью. В хирургии постин-фарктной аневризмы левого желудочка много неясных вопросов: показания и противопоказания к удалению аневризмы, объем удаляемого сегмента, сочетанные операции.
Важным аспектом в этом случае является дооперационная диагностика нарушений геометрии и функций желудочков сердца с определением плана хирургического вмешательства. В настоящее время существует несколько вариантов хирургической реконструкции постинфарктной аневризмы левого желудочка, для реализации которых очень важна до- и послеоперационная оценка особенностей ремоделирования левого желудочка, что позволяет выбрать наиболее эффективный метод коррекции. От диагностики жизнеспосбности пострадавшего от ишемии миокарда зависит тактика лечения пациентов с осложненными формами ишемической болезни сердца [1].
Для предоперационного прогнозирования необходимо проведение моделирования миокарда и исследование влияния его геометрии, характера патологии, методов и технологии реконструкции после резекции аневризмы на напряженно-деформированное состояние в структурах сердца и его перфузию.
Форма, строение и топография как сердца в целом, так и желудочков, имеют индивидуальные различия, зависящие от наследственности, условий жизни и деятельности человека. Размеры коррелируются индивидуально в соответствии с возрастом и формой сердца.
Геометрические параметры исследуемого биологического объекта пациента определяются по данным клинического анализа (вентрикулография, эхокардио-графия, магнито-резонансная томография (МРТ), количественная рентгенография, электронно-лучевая томография). Важная диагностическая информация может быть получена при проведении вентрикулографии, на которой выявляются расширение выводного отдела, аневризматические выпячивания стенок правого и левого желудочков сердца. ЭхоКГ исследование - неинвазивное исследование, позволяющее с высокой степенью точности дать заключение о степени поражения левого желудочка, о состоянии его насосной функции, наличии или отсутствии внут-риполостного тромба. МРТ позволяет оценить увеличение содержание жировой и/или фиброзной ткани в миокарде, ее очаговое расположение, истончение стенок на ранних стадиях заболевания и является чувствительным и надежным методом оценки ремоделирования левого желудочка у больных с хронической недостаточностью кровообращения. МРТ считается эталоном визуализации различных сердечных структур, но метод имеет недостаток для кардиохирургии, - невозможность мониторирования в течении длительного времени (операционный процесс). Измерение линейных размеров сердца: толщины межжелудочковой перегородки, продольного размера левого желудочка от основания митрального клапана до верхушки, толщины задней стенки левого желудочка в систолу и диастолу, конечного диастолического и систолического переднезаднего размера левого желудочка и т.д.
Механические свойства биологических структур вводятся по данным: 1) экспериментальных исследований аналогичных биологических структур in vitro, 2) полученным при использовании, разработанной в рамках данного метода, методики определения модуля нормальной упругости биологических структур in v^. Математические модели строятся в рамках механики трехмерного тела при использовании численного метода - метода конечных элементов. Вычисления проведены при использовании параметрической программы Solid Works, предназначенной
для создания геометрических моделей твердых тел, и пакета Cosmos - для вычисления напряжений и деформаций в этих телах методом конечных элементов.
von Mises (NAn*2) ^5.187е+006 H. 4.755е+006 H 4.3226-1-006 H 3.890е+006 H 3.4S8e+Û0S Щ . 3.026e+006 I 2.594e+00S ,2.161 e+006 1.729e+006 1.297e+006 . 8.848e+005 . 4.326e+005 . 3.817e+002
von Mises (ЫЛпЛ2)
3.446е+006
3.159е+006
2.872е+006
2.585е+006
2.297е+006
2.010е+006
1.723е+006
1 436е+006
1.149е+006
8.618е+005
5.747е+005
2.876е+005
4.495е+002
If
von Г
I
Mises (NAnA2) 3.412e+006 3.128e+006 2.844e+006 2.559e+006 2.275e+006 1.991 e+006 1,706e+006 1 422e+006 1.137e+006 . 8.532e+005 . 5.68Se+005 . 2.845e+005 . 1.013e+002
von Mises (NAnA2) 3.431 e+006 H. 3.145e+006 H 2.860e+006 H. 2.574e+006 H 2.288e+006 2.002e+006 1.716e+006 1,430e+006 1.144e+006 8.582e+005 5.722e+005
Рис.1. Расчетная схема (а), конечно-элементная модель (б) и эпюры напряжений желудочков сердца с аневризмой: перепончатой части (в), межжелудочковой перегородки (г), верхушки левого желудочка (д) и верхушки правого желудочка (е)
б
а
в
г
е
д
Для анализа используются линейные тетраэдальные элементы [2]. Для вычисления напряженно-деформированного состояния в аневризматически измененной
сердечной мышце приняты следующие допущения: 1) предсердно-желудочковая перегородка жестко закреплена в районе соединения с предсердиями; 2) материал желудочков и аневризмы однородный, изотропный, упругий; 3) давление в желудочках статическое.
Разработана методика исследования напряженно-деформированного состояния в аневризмах стенок левого и правого желудочков сердца (рис. 1,г,д), межжелу-дочковой перегородки (рис. 1,в) и перепончатой части (рис. 1,б). Приняты следующие обозначения: толщина стенки левого желудочка у верхушки в систолу -Ьвс, в диастолу - Ьвд , в средней части в систолу - Исс, в диастолу - Исд, у основания в систолу - Иос, в диастолу - Иод , толщина стенки правого желудочка в систолу - Ьис, в диастолу - Иод, длина левого желудочка в систолу - Ьс, в диастолу -Ьд, ширина левого желудочка в систолу - Ь1с, в диастолу - Ь1д, переднезадний размер в систолу - Ь2с, в диастолу - Ь2д, длина правого желудочка в систолу -Ьпс, в диастолу - Ьпс, ширина правого желудочка в систолу - Ь1пс, в диастолу -Ь1пд, переднезадний размер в систолу - Ь2пс, в диастолу - Ь2пд, радиус Яа и толщина Иа аневризмы. Модуль упругости стенок желудочков в систолу - Ежс, в диастолу - Ежд, межжелудочковой перегородки в систолу - Емжс, в диастолу -Емжд, атриовентрикулярной перегородки - Еап, и аневризмы - Еа.
Рис.2. Вентрикулограммы (а, б), схемы вентрикулограмм (в) и эпюры перемещений (г,е) и напряжений (д,ж) в диастолу (а,г,е) и систолу (б,д,ж) левого желудочка с
аневризмой
На рис. 2 приведены эпюры напряжений в структурах миокарда с аневризматическими образованиями в систолу при следующих геометрических и механиче-
ских параметрах: Ьвс=10 см, Исс=10,4 см, Иос=10,2 см, йос:йсс:Ьвс =1:1,02:0,98, йос=Ьжс, Ьс=10 см, Ь1с=3,7 см, Ь2с=3,6 см, Яа1=6 см, Иа1=0,05 см, Яа2=2,0 см, Иа2=0,3 см, Яа3=2,6 см, Иа3=0,35 см, Яа4=1,5 см, Иа4=0,3 см, Ежс=Емжс=5-105 Па, Еа=2,5 -106 Па, Еап=1,2-106 Па.
Сопоставление результатов работы с клиническими данными подтверждает пригодность для диагностики разработанных подходов, методов и моделей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бокерия Л.А., Бузиашвили Ю.И., Ключников И.В. Ишемическое ремоделирование левого желудочка (методологические аспекты, вопросы диагностики и лечения) - М.: Изд-во НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН, 2002. - 152 с.
2. Бегун П.И. Гибкие элементы медицинских систем.- СПб: Политехника, 2002.- 300 с.
3. Бокерия Л.А., Ревишвили А.Ш., Ардашев А.В., Кочович Д.З. Желудочковые аритмии (современные аспекты консервативной терапии и хирургического лечения). Монография. -М.: Медпрактика-М, 2002. - 272 с.
Н.Б. Суворов
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АДАПТИВНОГО БИОУПРАВЛЕНИЯ
К категории средств психофизиологической поддержки традиционных методов профилактики и реабилитации относятся технологии функционального биоуправления с обратной связью (ФБУОС) - специализированные биотехнические системы (БТС). Адаптивное ФБУОС отличается тем, что формирование сигнала обратной связи зависит от текущего состояния регулируемой функции. В аппаратнопрограммном комплексе (его развитие в патентах РФ № 1745200, 2221477 и 2249427) использована предъявляемая на мониторе гармоническая целевая функция (ЦФ), задающая частоту и глубину дыхания испытуемого. Посредством дыхания испытуемый совмещает собственную кардиоритмограмму (КРГ) и ЦФ.
В адаптивном программном модуле (патент РФ № 43143) оцениваются частота пульса (рис.1 - СА), спектральные характеристики КРГ - значение периода и амплитуда максимальной гармоники в исходной (рис.1 - П, А, ПС) и контрольных пробах, проводящихся в состоянии расслабленного бодрствования с закрытыми глазами, и во всех тренировочных (активных) пробах (рис.2 - П, А, ПС).
Рис.1. Схема работы модуля после исходной пробы биоуправления (закрытые глаза). СА - блок статистического и спектрального анализа кардиоритмограммы; П, А - блоки оценки периода и амплитуды доминирующей гармоники фоновой КРГ; ПС - блок оценки средней частоты пульса, ЭС - экспертная система; Ф ЦФ - блок формирования целевой функции
