способ определения артериального давления, параметров гемодинамики и состояния сосудистой стенки с использованием осциллометрии высокого разрешения

Формула изобретения

1. Способ определения состояния сердечно-сосудистой системы, включающий осциллометрию высокого разрешения и анализ осциллограммы, отличающийся тем, что осуществляют регистрацию осциллограммы в диапазоне частот до 240 Гц, записывают кривую колебаний давления в манжете, на которой определяют средние значения полученных осцилляций, преобразуют средние значения осцилляций в прямую, симметрично от нее располагают минимумы и максимумы осцилляций, строят геометрическую фигуру, крайней левой точкой пересечения полученных линий является диастолическое давление (ДАД) в магистральной артерии, крайней правой точкой - систолическое артериальное давление (САД), максимальная амплитуда осцилляций соответствует среднему артериальному давлению (СрАД).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по наличию на построенной осциллографической кривой плато - длительного монотонного участка осциллограммы при продолжении компрессии манжетой судят о наличии органического поражения исследуемого участка артерии.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят пробы с пережатием исследуемого участка артерии и сублингвальным приемом нитроглицерина, и отсутствие прироста площади ограниченной построенной осциллометрической кривой считают признаком наличия эндотелиальной дисфункции.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметры гемодинамики рассчитывают на основе полученных значений САД, ДАД и СрАД.

Описание изобретения к патенту

Область техники.

Изобретение относится к медицине, в частности к функциональной диагностике; метод также применим в кардиологии, реаниматологии, акушерстве и педиатрии, терапии, травматологии, экспериментальной медицине.

Уровень техники.

Способ комплексного исследования кровообращения, предложенный Савицким Н.Н. («Биофизические основы кровообращения». Л.: Медицина, 1974 г.) и основанный на регистрации тахоосциллограммы плечевой артерии (или других крупных периферических магистралей), позволяет неинвазивно в течение 1-1,5 мин определять диастолическое (ДАД), среднединамическое (АДср), систолическое (САД), боковое систолическое (АДбок) и конечное систолическое (САДкон) артериальное давление (последние два показателя до сих пор не нашли окончательного клинического применения), а также минутный объем крови (МОК), общее (ОПСС) и удельное (УПСС) периферическое сосудистое сопротивление.

Наиболее близким к вышеописанному методу и предлагаемому способу определения артериального давления и параметров гемодинамики с использованием осциллометрии высокого разрешения является способ объемной компрессионной осциллометрии, раскрытый в Евразийском патенте № 0034-97, опубликованный 26.06.2003 г. и включающий регистрацию пульсовых кривых кровеносных сосудов в процессе изменения давления в пережимной измерительной манжете, наложенной на конечность обследуемого, с последующим электрическим и графическим преобразованием записанной кривой при изменении объема и сохранении линейности набора давления в измерительной манжете.

Однако основная методическая погрешность обоих методов заключается в том, что для определения практически всех показателей гемодинамики в них часто использовались критерии, которые оказались маловоспроизводимыми и неточными, поскольку отсутствовал учет всего спектра частот и составляющих осциллографическую кривую компонентов, что не позволяло разграничить и рассмотреть их все по отдельности, а это, в свою очередь, приводило к грубым объективным ошибкам в определении величин артериального давления и клинической интерпретации полученных данных.

Одним из основных инструментальных недостатков предлагаемого ранее способов, но устраненных новым подходом к оценке, - лимит диапазона регистрируемых частот от 0 до 50 Гц ввиду использования низкой частоты дискредитации цифрового сигнала (не более 2.0), что не позволяет использовать весь потенциал метода, и более того, искажает истинную осциллографическую кривую, а именно приводит к появлению осцилляции различной амплитуды на всем протяжении осциллометрической кривой и не дает возможности точно отдифференцировать волны «ответа» артерии на компрессию, участвующие в формировании кривой.

Использование нового метода осциллометрии высокого разрешения предполагает анализ максимально возможного спектра частот (0-240 Гц), что имеет значительные преимущества при оценке и позволяет добиться максимальной объективности осциллографической кривой, а не ее урезанной версии.

Следующий инструментальный недостаток всех известных ранее способов заключается в резком смещении кривой вверх в самом начале регистрации артериовенозного давления (в момент подачи воздуха в измерительную манжету), вследствие чего существенным образом может искажать ее начало, а точка отсчета и направление «изолинии» может заметно смещаться (фигура 1, 2).

Использование способа определения артериального давления и параметров гемодинамики с использованием осциллометрии высокого разрешения устраняет и этот недостаток.

Важнейшим методическим недостатком объемной компрессионной осциллометрии (способа-прототипа) является концепция анализа начальных осцилляции исключительно как пульсации артериол, метартериол и концевых артерий. Такое утверждение абсолютно неправомочно, поскольку даже на начальном участке формирования кривой участвуют не только сосуды мелкого, но и среднего и крупного калибров.

Существенным методическим недостатком уже известных способов является использование способа определения диастолического АД при отсутствии строгого линейного набора давления в манжете с последующими ошибками в определении пульсового артериального давления, минутного объема и, соответственно, всех других расчетных показателей гемодинамики.

Использование нового инновационного подхода к оценке осциллограммы «высокого разрешения» устраняет и эти недостатки, а также подразумевает к применению наиболее устойчивых и воспроизводимых показателей гемодинамики: среднединамического артериального давления, параметров площади под кривой и ее геометрии. Более того, данный метод позволяет использовать критерии «ответа» исследуемой артерии, критерии асимметричности и геометрии кривой в клинической практике для оценки эндотелиальной функции и степени атеросклеротического поражения сосудов крупного калибра. Новый подход предполагает также использование коррекции скорости компрессии в манжете и учет запаздывания регистрации осцилляции в зависимости от длины трубки измерительной манжеты.

Таким образом, все известные аналогичные методы-прототипы не позволяют в должной мере производить оценку гемодинамики в целом, поскольку характеризуются низкой дискредитацией сигнала, достаточной погрешностью и очень низкой воспроизводимостью.

Более того, все используемые ранее методы осциллометрии не позволяют адаптировать полученные данные под значения артериального давления по Короткову, на основании которого построены все классификации в кардиологии, выработаны критерии диагностики и адекватной терапии медицине, что снижает их клиническую значимость.

Сущность изобретения

Основной задачей настоящего изобретения является определение диастолического, среднего и систолического артериального давления (с их последующей адаптацией к тонам Короткова) и основных параметров гемодинамики (ударного и минутного объемов систолического выброса; общего и удельного периферического сосудистого сопротивления; податливости артериального русла и участка артерии под манжетой; скорости распространения пульсовой волны) с высокой точностью и хорошей воспроизводимостью.

Решение поставленных задач и использование данного метода предусматривает применение новых подходов: отказ от прежнего понятия «изолинии», учет геометрической формы осцилляторной кривой, углов наклона касательных при увеличении и последующем уменьшении амплитуды осцилляции кривой, расчет коэффициента асимметрии ее правого и левого участков относительно друг друга для оценки состояния сосудов крупного калибра и насосной функции сердца, а также расширение спектра количественной и качественной оценки выявления атеросклеротических изменений сосудов и своевременного выявления эндотелиальной дисфункции на исследуемом участке артерии с учетом всех составляющих осциллограммы, т.е. на ее полной комплексной оценке геометрической формы и точной дифференцировки компонентов.

В предложенных ранее методах (объемная компрессионная осциллометрия) «изолиния» строилась по нижней части кривой в диапазоне 5-20 мм рт. ст., что крайне недопустимо ввиду значительной помехочувствительности данного отрезка осциллограммы, наличии выраженных осцилляторных волн ответа артерии на сдавливание ее манжетой на диастолическом участке или в случае высокого венозного давления (фигура 2).

Метод наложения манжеты для регистрации показателей гемодинамики с использованием осциллометрии высокого разрешения полностью соответствует требованиям, предъявляемым при измерении артериального давления методом Короткова.

Формирование и запись кривой происходит в автоматическом режиме, синхронно с нагнетанием манжеты и регистрацией ответа артерии посредством изменения объема манжеты на всем протяжении периода компрессии.

Первоначально записанная кривая колебаний в манжете имеет следующий вид (фигура 3). На ней точками отмечаем максимумы и минимумы.

Следующий этап - простановка условных точек, находящихся посередине между максимумами и минимумами, т.е. средних значений полученных осцилляции (фигура 3).

Последующее действие предполагает выведение этих средних в прямую линию таким образом, что по обе стороны сформированной прямой симметрично располагаются минимумы (снизу) и максимумы (вверху) (фигура 4).

Преобразованная таким образом кривая теперь уже представляет собой наиболее правильную геометрическую фигуру, готовую к расшифровке, где его крайними точками является диастолическое (слева) и систолическое (справа) артериальное давление с коэффициентом поправки, а максимальная амплитуда осцилляции соответствует среднему артериальному давлению.

Другими словами преобразование в геометрическую форму и анализ компрессионной осциллограммы высокого разрешения 0-240 Гц производится путем построения максимумов и минимумов осцилляции относительно их средней (по оси X), что позволяет как минимум вдвое снизить погрешность расчета с дальнейшим построением условных прямых линий, проходящих по вершинам осцилляции с минимальным «срезом» кривой по площади. Следует отметить, что подобный алгоритм расшифровки применим только в условиях линейного набора давления в манжете, как необходимой составляющей данной методики.

С использованием компрессионной осциллометрии высокого разрешения впервые появилась возможность более точной оценки эндотелиальной функции по особенностям геометрии кривой, а не косвенное выявление ее нарушений посредством расчетного диаметра плечевой артерии (как это ранее предусматривалось с применением метода объемной компрессионной осциллометрии).

Способ по изобретению характеризуется тем, что по компрессионной осциллометрии высокого разрешения возможна дифференциальная диагностика между нарушением функционального состояния артерий различного калибра (оценка эндотелиальной функции) и их органической патологией.

Новизной данного метода является возможность выявления характерного «плато» на кривой в случае значимого снижения податливости артериальной стенки исследуемого участка сосуда (что было выявлено в проведенных клинических исследованиях, n=56), в частности, в результате поражения его стенки атеросклеротическим процессом, подтвержденный другими методами исследования (УЗИ, КТ, МРТ), которое в ранее использованных методиках плохо контурировалось и вызывало затруднения в ее интерпретации (фигура 7).

Метод также позволяет оценить степень атеросклеротического поражения артерий нижних конечностей в целях в рамках скрининговой диагностики на предмет выявления тяжелой степени облитерирующего атеросклероза артерий нижних конечностей. Регистрация монотонной осцилляторной кривой указывает на тяжелую степень сосудистой облитерации, часто требующей хирургического вмешательства (фигура 8).

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы методом компрессионной осциллометрии высокого разрешения осуществляется по стандартной методике: на обнаженную конечность обследуемого на 1,5-2,0 см выше локтевой ямки накладываем измерительную пережимную манжету, подобранную в зависимости от окружности плеча таким образом, чтобы манжета пропускала только дистальную фалангу указательного пальца, а на осциллограмме регистирируемая кривая брала свое начало не позднее 10 мм рт.ст. (необходимо предварительно отвести руку от туловища, чтобы устранить влияние на осцилляции передаточной пульсации дыхательных движений грудной клетки). При исследовании нижних конечностей манжету накладывают на верхнюю треть голени.

Согласно предлагаемому способу с использованием осциллометрии высокого разрешения в процессе повышения давления в пережимной манжете с прямолинейной горизонтальной амплитудно-частотной характеристикой и линейной амплитудной характеристикой по всему тракту преобразования и усиления регистрируем график линейного увеличения прикладываемого давления и венозно-артериальную кривую, а затем и осциллометрическую кривую только лишь артериального пульса.

Так как объемная компрессионная осциллограмма регистрируется без каких-либо потерь, кривая компрессионной осциллометрии высокого разрешения становится практически идентичной той, которая регистрируется методом прямой манометрии (фигура 9), что обеспечивает высокую достоверность и точность полученных результатов.

Для устранения возможных артефактов полученной записи и подготовки ее к расшифровке используем фильтр Чебышева третьего порядка.

Начальной опорной точкой для расшифровки осциллограммы высокого разрешения является точка среднего артериального давления (АДср), которое определяется по осцилляции с максимальной площадью (или при прочих равных условиях - по первой из них с наибольшей амплитудой).

Далее идет построение условных линий по максимумам и минимумам в левой (диастолической) ее половине как наименее измененной (фигура 4). По пересечению косых линий определяется показатель диастолического артериального давления (ДАД) с коэффициентом поправки.

Затем значение систолического АД рассчитывается по общепризнанной формуле: САД=ДАД+2(АДср-ДАД)=2АДср-ДАД.

Использование нового метода в сравнении с ранее предложенными предполагает значительно большую воспроизводимость метода в сравнении с прежними при последовательных измерениях АД у одного и того же пациента.

С учетом амплитудно-временных характеристик полученной кривой и наличием опорных точек САД, АДср и САД можно производить расчет других гемодинамических показателей с использованием следующих формул, полученных методом многофакторного пошагового регрессионного анализа с использованием пакета статистических программ SAS (США) в клинических исследованиях (n=1240).

Диастолическое по Короткову:

ДАД по Короткову = k×ДАДосц+k

Систолическое по Короткову:

САД по Короткову = k×САДосц+k

Податливость артерий:

Податливость артериального русла = k×КД/ПАДосц

Просвет сосуда:

ПС = k×(ПАДосц×ПТ)^0,5/(1+КД)

Скорость пульсовой волны:

СПВ = k×(ПАДосц/КД) ^0,5

Минутный объем крови:

МОК = k×ПАДосц×(ППТ×КД)^0,5/(1+КД)

Ударный объем:

УО=МОК/ЧСС

Податливость сосудистой системы:

ПСС=УО/ПАДосц

Общее периферическое сопротивление:

ООПО(АДср осц × 1333×60,0)/МО

Удельное периферическое сопротивление должное:

УПССдолж = (k+k × возраст)/МОК/ППТ

Примечание: k - расчетные коэффициенты, полученные экспериментальным путем.

ППТ - площадь поверхности тела; ППТ=0,007184 × вес^0,423 × рост^0,725.

КД - коэффициент деформации артерии.

Наряду с осуществлением способа определения артериального давления и параметров гемодинамики, с использованием осциллометрии высокого разрешения возможно проведение функциональной пробы с пережатием исследуемого участка артерии (плечевой артерии) в течение 5 минут для оценки эндотелийзависимой дисфункции эндотелия.

Методика заключается в нагнетании манжеты на уровне АД на 50 мм рт.ст. выше измеренного САД и его удержании на конечности в течение 2 мин. Последующее измерения проводятся дважды: первое - спустя 15 сек после декомпрессии, а второе - спустя 2 мин с оценкой динамики полученных результатов.

Для оценки эндотелийнезависимой дисфункции эндотелия предполагается сублингвальный прием 0,4 мг нитроглицерина. После 4 мин с момента приема нитроглицерина под язык проводится два последовательных измерения с оценкой динамики полученных показателей.

Если при повторных измерениях после этих проб наблюдается увеличение тангенса угла наклона прямой (фигура 5), проходящей по пикам убывающей части осциллометрической кривой (после точки АДср) на 20% и более, или увеличение площади под кривой составляет более 8%, это свидетельствуют о достаточной (нормальной) эндотелиальной функции (фигура 5, 6).

Отсутствие прироста площади над правильной фигурой является признаком эндотелиальной дисфункции.

Ранее считалось, что у больных атеросклеротическим поражением артерий крупного и среднего калибров должен сформироваться комплекс высокоамплитудных осцилляций, значительно завышающих САД.

Однако согласно полученным данным проведенных клинических исследований методом осциллометрии высокого разрешения установлено, что у больных атеросклерозом (n=56) наблюдается не столько увеличение этих осцилляции, сколько их продолжительное сохранение (фигура 7), несмотря на продолжающуюся компрессию в манжете, т.е. наличие длительного монотонного участка кривой без увеличения и/или затухания сигнала свидетельствует об органической сосудистой патологии исследуемого участка.

Таким образом, новый метод позволяет производить оценку и использовать полученные показатели деформации магистральной артерии, определяется не только на «ненагруженном» давлением диастолическом участке осциллограммы, но и после точки СрАД, что позволяет в полной мере использовать функциональные пробы и имеет большую клиническую значимость.