CC BY
94
УДК 612.146+612.18
А. А. Кондыков, Ю.Г. Поморова
Роль аритмии, колебаний давления и сосудистого тонуса в вариабельности СРПВ
Введение. Скорость распространения пульсовой волны (СРПВ) была описана уравнением Моенса-Кортвега [ 1 ] . В связи с этим появилась надежда использовать такой неинвазивный, доступный метод исследования для оценки модуля упругости кровеносного сосуда. Поскольку в реальных условиях (in vivo) радиус, толщина стенки и модуль Юнга зависят от артериального давления, то делались попытки оценки артериального кровяного давления по данным СРПВ-метрии. Однако корреляция между СРПВ и давлением по разным литературным данным обнаруживает неустойчивый характер связи с колебанием коэффициента связи в весьма широких пределах [2] . При попытке оценки возрастных показателей СРПВ также получены весьма противоречивые данные. По одним данным [3] СРПВ с возрастом увеличивается, тогда как по другим [4] и по нашим [5] данным - имеет место снижение СРПВ. Опыты с многоточечной СРПВ-эластометрией обнаружили в 15% измерений парадоксальные реакции (снижение СРПВ) на увеличение артериального давления (локальный ортостаз [5]) в артериях верхних конечностей. Указанные противоречия не находят удовлетворительного объяснения на основе уравнения Моенса-Кортвега.
Методика. Путем применения локального ортостаза, как указывалось в работе [5], менялось внутрисосудистое давление, благодаря чему с верхней конечности рассчитано шесть значений скорости распространения пульсовой волны при разных давлениях на трассе плечо-палец. Три значения СРПВ в горизонтальном положении руки получены при одинаковом давлении, но отличались между собой условиями проведения эксперимента: рука в горизонтальном положении перед проведением эксперимента, после поднятия и после опускания руки. Время записи пульсовых кривых составило в целом около минуты. Был обследован 471 житель Алтайского края.
У 11 человек была произведена одномоментная компьютерная регистрация ЭКГ, сфигмограмм лучевой артерии на правой и левой руках в области запястья [5], регистрация производилась в течение 5 минут.
Кроме того, были использованы модельные расчеты, в основу которых была положена ап-
проксимация реальной функции внешнего диаметра артериального сосуда (полученной in situ) от внутрисосудистого давления, получаемой в эксперименте, с целью расчета некоторых гемодинамических параметров не измеряемых в опыте.
Результаты и их обсуждение. При проведении локального ортостаза было отмечено, что в группах, сформированных по различным признакам, усредненные значения CPПB в горизонтальном положении руки после опускания оказывалось ниже на 1-7 %, чем CPПB в горизонтальном положении руки после поднятия руки (р>0,5), т.е. наблюдается тенденция гистерезиса. Однако при просмотре индивидуальных кривых, построенных по шести точкам и являющихся результатом усреднения пятисеми поцикловых значений CPПB для каждой точки, такой однонаправленной тенденции выявлено не было. Bcтpeчaлиcь разнообразные варианты, вплоть до разнонаправленных изменений давления и CPПB, которые не находят объяснения исходя из традиционных представлений о зависимости дaвлeниe-CPПB.
Bapиaнты изменения CPПB от цикла к циклу на примере обследованных в леспромхозе «Боровлянка» представлены на рисунке 1. На оси X отложены поцикловые значения CPПB в момент исследования: 1 - при горизонталь -ном положении руки перед пробами (при диастолическом давлении) ; 2 - при поднятии руки вверх (при давлении ниже диастолического) ; 3 - в горизонтальном после поднятия руки (при диастолическом давлении) ; 4 - при опускании руки (при давлении выше диастолического) ; 5 - в горизонтальном после опускания руки (при диастолическом давлении). По оси Y откладывались значения CPПB. Максимальные и минимальные значения в группе отмечены сверху.
Как видно из рисунка, даже внутри каждой группы, т.е. в пределах 5-7 циклов, при одинаковых условиях эксперимента за очень короткий срок значения CPПB сильно варьировали. Paзмax вариаций достигал 7 6%. При этом запись пульсовых кривых велась на задержке дыхания, а вариации сердечного ритма составили ±2,2%. Оледовательно, нестабильность CPПB из-за влияния только данных факторов оказывается минимальной.
100
16,0-
14,0-
12,0-
10,0-
8,0-
6,0-
4,0-
2,0-
0,0-
12,8
7,8
12,8 12,8
6,7
6,7
7,8
8,6
7,8
16,0 ■
14.0 -
12.0 -10,0 -
8,0 -6,04,0 -2,00,0 ■
9Д 9,1
7,9
10,5
7,1
тт
16,0-1
Рис. 1. Поцикловые измерения СРПВ при шести вариантах положения руки
БИОЛОГИЯ
Особенностью данных записей является то, что после каждой группы, т.е. после представленных 5-7 циклов, имеется перерыв, необходимый для стабилизации нулевой линии самописца после смены положения руки, равный в среднем 1-2 минутам.
Подобную динамику можно проследить и при непрерывной записи СРПВ в течение 5 минут. В данном случае задержки дыхания, естественно, не производилось, испытуемый располагался в положении лежа и находился в состоянии физиологического покоя. На рисунке 2 (пример 5-минутной регистрации СРПВ) четко прослеживаются периодические изменения СРПВ, среди которых можно выделить дыхательные волны, а также другие модуляции, имеющие различные период и амплитуду. Такое поведение СРПВ было характерно для всех обследованных.
Рис. 2 . Пример непрерытной записи СРПВ в течение 5 минут
С целью действительного выявления периодической динамики кривые СРПВ мы подвергли спектральному анализу с помощью разложения интегралом Фурье. Результат представлен на рисунке 3.
Анализ частотного спектра всей записи (300 отсчетов) произведенный в диапазоне от 0 до 6 рад/с (0-1 Гц, больший диапазон не имел смысла, так как сигнал быш представлен с частотой 1Гц) , не выявил регулярных колебаний. Хотя
Рис. 3. Спектр частот в 5-минутной записи СРПВ (по оси абсцисс отложена угловая частота (рад/с) , по оси ординат - спектральная мощность кривой СРПВ) (в относительных единицах)
в спектре выделяются некоторые составляющие, однако их мощность по сравнению с постоянной составляющей во времени (соответствует 0 рад/с) многократно меньше. Другими словами, колебания СРПВ имеют непостоянный период, крайне нестационарный, и подобны инфрадыхательным модуляциям амплитуды пульса.
Коэффициент корреляции между колебаниями СРПВ на правой и левой руках составил
0,26 (р>0, 05), т.е. они практически не взаимосвязаны. Индивидуальные коэффициенты в большинстве случаев также незначительны. Данные корреляционного анализа приводятся в таблице 1 (курсивом выделены значимые коэффициенты) .
Используя модельные расчеты, проведенные для а.ЬгаЫаИэ, мы рассчитали коэффициенты процентного прироста диаметра артерии, модуля Юнга и соответствующей им СРПВ в диапазоне давлений от 100 до 250 мм рт. ст. (т.е. растяжение сосуда от нормального до максимально напряженного) . Оказалось, что меньший прирост наблюдается у диаметра сосуда, который составил 12%, а наибольший у диф-
Таблица 1
Коэффициенты корреляции между СРПВ для правой и левой рук с параметрами артериального пульса
№ ЧСС с амплитудой пульса справа ЧСС с амплитудой пульса слева ЧСС с СРПВ справа ЧСС с СРПВ слева Амплитуда пульса справа с амплитудой пульса слева Амплитуд а пульса справа с СРПВ справа Амплитуд а пульса слева с СРПВ слева СПРВ справа с СРПВ слева
1 0,04188 -0,00565 -0,07681 0,02833 -0,31932 0,02846 0,51406 0,08818
2 0,05984 -0,05146 -0,07982 -0,08153 0,62194 0,46289 0,29073 0,28413
3 0,37357 -0,13157 0,06758 -0,0703 0,11666 0,29278 0,10729 0,46381
4 0,11946 -0,02515 -0,0487 0,08322 0,79428 -0,08682 0,07517 0,41695
5 0,26968 -0,1113 0,16628 0,16704 -0,16013 0,23494 0,62732 0,35108
6 0,22904 0,18425 0,132 0,07438 0,16928 0,24455 0,09119 -0,00205
7 0,295 0,4151 0,12896 0,14103 0,32468 0,19949 0,31012 0,19773
8 -0,21203 0,1735 -0,38446 0,16138 0,75757 0,77121 -0,16333 -0,10821
9 0,15753 -0,02598 0,04763 -0,24846 0,3447 0,25777 0,45401 0,12496
10 -0,08122 0,41099 0,06415 0,17797 -0,38152 -0,47571 0,45341 0,31977
11 0,15868 0,30072 0,35238 0,31764 0,3049 0,04489 0,5453 0,55985
БИОЛОГИЯ
ференциального модуля упругости - 194%, СРПВ - 53%. Те же самые коэффициенты для диапазона пульсовых колебаний давления (от 80 до 120) составили 5, 60 и 20% соответственно . При незначительном изменении АД на 5 мм рт. ст. эти коэффициенты приняли следующие значения: прирост диаметра - 0,63%, прирост модуля - 5,75%, прирост СРПВ - 2,19%. Другими словами, модуль, и соответственно СРПВ, являются более реактивными показателями по сравнению с диаметром сосуда. При колебаниях артериального давления сосуда in vivo (волны Траубе-Геринга) могут изменять амплитуду пульсовых колебаний. В таблице 2 приведена динамика прироста выбранных показателей для физиологического диапазона изменений диастолического давления.
Таблица 2 Процентный прирост диаметра сосуда, модуля Юнга и СРПВ при росте внутрисосудистого давления
P, мм рт. ст D, % E, % СРПВ, %
40 4,0 32,6 10,7
50 3,2 26,9 9,1
60 2,6 23,1 8,1
70 2,2 20,2 7,3
S0 1,8 17,8 6,6
90 1,6 15,6 5,9
100 1,4 13,6 5,1
110 1,2 11,7 4,4
120 1,1 10,1 3,8
130 1,0 8,7 3,2
140 1,0 7,7 2,8
В описанном выше эксперименте при 5-минутном измерении СРПВ проводился контроль АД на каждой минуте, которым показал, что АД быыло практически постоянным (колебания в пределах 5 мм рт. ст.) . Вариации сердечного ритма по данным ЭКГ составили в среднем ±7%. Известно, что величина диастолического давления прямо зависит от частоты сердечного ритма. В среднем за время катакроты в сосудистой системе происходит падение давления на 40 мм рт. ст., само время катакроты составляет примерно 55% от длительности сердечного цикла. Исходя из этих условий нетрудно рассчитать, что при изменении сердечного ритма на ±7% диастолическое давление будет меняться на ±2,8 мм рт. ст., или на ±3,5%. Допустив, что в эксперименте диастолическое давление варьировало в пределах 2 0 мм рт. ст. (80±10 мм рт. ст.), что включает в себя изменение ДД за счет вариации сердечного ритма, волны давления третьего порядка, СРПВ, судя
по таблице 2, должны1 быши колебаться в пределах 13,2%. Однако вариации СРПВ составили 26,5% для правой руки и 29,4% для левой. Коэффициенты детерминации, рассчитанные на основе коэффициентов корреляции между частотой сердечных сокращений и СРПВ, получились равными 13% и 4% для правой и левой рук соответственно, т.е. артериальное давление определяет вариации СРПВ менее чем на 13%.
Таким образом, вариации СРПВ, полученные в эксперименте, нельзя объяснить колебаниями артериального давления и флюктуациями частоты сердечных сокращений. Следовательно, большая часть вариации СРПВ связана с изменениями жесткости сосудистой стенки. Так как в течение 5 минут значительные изменения в пассивном скелетоне (эластиноколлагеновом каркасе) не могут произойти, определяющее значение будет играть активный гладкомышечный компонент сосудистой стенки, а СРПВ будет отражать, преимущественно, тонус гладких мышц сосудистой стенки.
В организме человека наблюдаются изменения тонической активности гладких мышц сосудистой стенки, не связанные с регуляцией артериального давления. Это дышательные и инфрадыхательные модуляции тонуса, местная, эндотелий-зависимая потокиндуцируемая и ауторегуляция [6] . По-видимому, эти влияния и лежат в основе наблюдавшихся колебаний СРПВ.
Так как определяющую роль в значениях СРПВ играет тоническая активность гладких мышц, то при пассивном изменении внутри-сосудистого давления, имевшем место при локальном ортостазе, несоответствие измеренного СРПВ модификациям давления (вплоть до противоположных изменений) в отдельных случаях становится понятным и вполне объяснимым. Лишь при огромной статистике (n=500) прослеживается влияние артериального давления. Этим же, по нашему мнению, можно объяснить и декорреляцию СРПВ и давления, встречающуюся у разных авторов [2, 7] .
Выводы
1. СРПВ in vivo подвержена значительным вариациям. Интегральным вклад АД и аритмии пульса не превышает 14%, а 86% обусловлены колебаниями тонуса активного элемента сосудистой стенки.
2. Высокая тоногенная вариабельность СРПВ in vivo является ведущим фактором декорреляции зависимости давление - СРПВ и делает проблематичным суждение о динамике АД по СРПВ.
Литература
1. Pai R.G., Shah P.M. Relationship Between the Pulse Wave and Flow Velocity Wave and their Propagation Velocities in the Arterial System: Implication for the Assessment of Regional Physical Properties of the Arterial Beds // International Journal of Angiology. 1999. №8.
2. Маркман В.Г., Королева Е.Л. Анализ взаимосвязи СРПВ с измерениями АД у человека при функциональных нагрузках. // Физиология человека. 1987. №2.
3. Бисярина В.П., Яковлев В.М., Кукса П.Я. Артериальные сосуды и возраст. М., 1986.
4. Столбун Б.М. Упруго-вязкие свойства артерий в юношеском возрасте и влияние умственноэмоционального напряжения // Возрастная фи-
зиология сердечно-сосудистой системы. M., 1980.
5. Поморова Ю.Г., Кондыков А. А., Киселев B^. Bapиaции связи скорости распространения пульсовой волны и артериального давления // Известия АГУ. 1998. №4.
6. Филатова O.B. Pea^ra активных и пассивных элементов стенки артериальных кровеносных сосудов в зависимости от давления и потока // Актуальные вопросы возрастной, прикладной и экологической физиологии: C6. ст. Барнаул, 1992.
7. Hamaura N. Pulse to pulse determination of diastolic pressure based on the pulse wave velocity. URL: http://www.mei.titech.ac.jp./mei/shimizu/ research/research. html. 1997. 28 May.
