Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Количественный анализ пространственно-временной неоднородности сокращения стенки левого желудочка человека в норме и при ишемической болезни сердца

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Количественный анализ пространственно-временной неоднородности сокращения стенки левого желудочка человека в норме и при ишемической болезни сердца"

На правах рукописи

Чумарная Татьяна Владиславовна

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ СОКРАЩЕНИЯ СТЕНКИ ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА ЧЕЛОВЕКА В НОРМЕ И ПРИ ИШЕМИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНИ СЕРДЦА

03.00.13 - физиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 0 1.1 А?

Казань 2009

003465557

Работа выполнена в Учреждении Российской Академии Наук Институте иммунологии и физиологии Уральского Отделения РАН, г. Екатеринбург Научный руководитель: член-корреспондент РАН, доктор биологических

наук, профессор Мархасин Владимир Семенович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Гайнутдинов

Халил Латыпович

доктор биологических наук, профессор Нигматуллина Разина Рамазановна

Ведущая организация: Учреждение Российской Академии Наук Институт

физиологии Коми научного центра Уральского Отделения РАН, г. Сыктывкар

Защита состоится ¿Ыр^С/и/-—2009 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 212.078.02 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 - физиология при ГОУ ВПО «Татарский государственный гуманитарно-педагогический университет» по адресу: 420021, г. Казань, ул. Татарстан, д.2.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Татарский государственный гуманитарно-педагогический университет» по адресу: 420021, г. Казань, ул. Татарстан, д.2.

Автореферат разослан —2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук, профессор / • Т.Л.Зефиров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

В настоящее время накапливается все больше данных, которые свидетельствуют, что сердечная мышца существенно неоднородна [Мархасин и др, 1999]. Эта неоднородность имеет различные масштабы от молекулярного до тканевого уровня. Установлено, что электрофизиологические, механические, биохимические свойства кардиомиоцитов отличаются в субэндокардиальных и субэпикардиальньгх слоях миокарда [Antzelevitch et al, 2001; Wolk et al, 1999; Wan ct a], 2003; Laurita et al, 2003; Katra et al, 2003]. Кроме того, найдено, что эти свойства отличаются в верхушечных и базальных регионах левого желудочка сердца (ЛЖ) [Waldman et al, 1985; Wan et al, 2003].

Хотя имеются работы, в которых исследуются на тканевом уровне региональные особенности механической функции стенки ЛЖ в патологии [Wevman et al., 1984; Lew et al 1985; Sheehan et al, 1986], все же до настоящего времени физиологическая и патофизиологическая значимость этих особенностей остается невыясненной. Кроме того, явно недостаточно разработаны количественные показатели региональной механической функции камер сердца.

Актуальность работы состоит в том, чтобы выяснить роль пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ сердца человека, получить эталонные характеристики неоднородности в норме и разработать количественные показатели ее нарушения у больных ишемической болезнью сердца (ИБС).

Цели и задачи. Цель работы - исследовать и количественно описать региональные особенности движения стенки ЛЖ в норме (контрольной группе без сердечной патологии) и при ИБС, а также выяснить физиологическую и патофизиологическую значимость пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ.

Для достижения данных целей были поставлены следующие задачи: 1) количественно описать региональную кинетику стенки ЛЖ; 2) разработать количественные показатели пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ; 3) сравнить индексы неоднородности в норме и при ИБС и оценить их диагностическую значимость; 4) оценить вклад нарушения региональной кинетики стенки ЛЖ в снижение его механической функции.

Методы исследования. Для исследования региональной кинетики стенки ЛЖ использовались изображения ЛЖ, полученные в течение сердечного цикла методом двумерного УЗИ (аппарат Vivid 7 PRO General Electric Co) в 4-х камерной апикальной и модифицированной 2-х камерной позиции с выведением аорты. Эхокардиографические исследования проводились врачом функциональной

диагностики высшей категории Сухаревой C.B. в Свердловской областной клинической больнице №1 в соответствии с протоколом, одобренным этическим комитетом. Построение контуров полости ЛЖ проводилось штатным дипломированным лаборантом ОКБ№1 Варгиной Т.А.

Региональная кинетика стенки JDK исследовалась при помощи метода секторов в стандартном (равные углы секторов [Wong et al, 1986]) и модифицированном нами (равные площади секторов [Чумарная и др, 2008]) вариантах. Для анализа сегментарной кинетики стенки ЛЖ был разработан программный комплекс (USGraph - Ultra Sound Graphics).

Характеристики региональной кинетики стенки ЛЖ в норме были оценены для контрольной группы здоровых людей (п=22), не имеющих сердечной патологии в анамнезе. Группа больных ИБС (п=52) была отобрана среди пациентов, направляемых на операцию стентирования. Все пациенты имели по совокупности клинических данных нормальную или сохраненную фракцию выброса'.

Статистический анализ характеристик региональной механической функции ЛЖ проводился при помощи пакета Statistics, SoftGraph.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Впервые методом УЗИ установлены количественные закономерности региональной кинетики стенки ЛЖ, показана существенная пространственно-временная неоднородность сокращения различных сегментов стенки ЛЖ в норме и при ИБС, разработаны количественные индексы неоднородности.

• Обнаружена особая физиологическая и патофизиологическая роль верхушечных сегментов в механической функции ЛЖ.

• Показано, что пространственно-временная неоднородность сокращения стенки ЛЖ является важным фактором, способным модулировать его механическую функцию.

• Предложенные нами индексы региональной неоднородности движения стенки ЛЖ обладают высокой чувствительностью и позволяют выявить нарушения региональной функции ЛЖ у больных ИБС даже при нормальной глобальной фракции выброса и при отсутствии визуально выявляемых аномалий движения стенки.

Научная новизна. Впервые методом УЗИ детально исследована региональная неоднородность механической функции ЛЖ в норме и при ИБС. Полученные данные в сочетании с данными литературы позволили сформулировать положение о сегментарно-модульной морфофункциональной организации стенки ЛЖ. Выявлена

1 Нижний предел клинической нормы для фракции выброса составляет 55%, сохраненной считается фракция выброса, превышающая 40%, когда оперативное вмешательство считается допустимым.

4

особая роль верхушечных сегментов в нарушении механической функции сердца. Найдено, что индексы пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ являются диагностическими показателями состояния механической функции сердца.

Научная и практическая значимость. Разработан оригинальный программный комплекс для исследования пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ на базе изображений сердца, полученных методом УЗИ. Установлены закономерности пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ в норме и при ИБС. Полученные результаты позволяют расширить парадигму механической функции сердца путем включения в нее представлений о роли пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ в регуляции механической функции сердца. Разработаны количественные индексы для выявления нарушений региональной кинетики стенки ЛЖ. Указанные индексы могут быть использованы для оценки механической функции ЛЖ в возрастной физиологии, физиологии спорта и физиологии труда.

Публикации и апробация работы. Основные положения работы и научные результаты докладывались на четырех научных конференциях: Всероссийской конференции молодых исследователей «Физиология и медицина» (Санкт-Петербург, 2005), XV Международной конференции «Математика. Компьютер. Образование» (Дубна, 2008), IV всероссийской с международным участием Школе-конференции по физиологии кровообращения (Москва, 2008), II Съезде физиологов СНГ (Кишинев, 2008); а также на научных семинарах в Институте иммунологии и физиологии УрО РАН (Екатеринбург), в Свердловской ОКБ №1 (Екатеринбург), в Уральской государственной медицинской академии (Екатеринбург).

По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 6 статей в отечественных и международных рецензируемых журналах (среди них 5 статей из списка, рекомендуемого ВАК), 2 статьи в сборнике научных трудов, а также тезисы докладов в материалах конференций.

Исследования, проведенные в рамках диссертационной работы, поддержаны грантом Программы Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав (обзора литературы, описания методоа исследования, изложения результатов работы), обсуждения результатов, выводов, списка цитируемых источников. Объем диссертации 127 страниц, 19 рисунков, 13 таблиц.

Благодарности. Автор считает приятным долгом поблагодарить научного руководителя член-кор. РАН, д.б.н. B.C. Мархасина; коллег: д.ф.-м.н. О.Э.

Соловьеву, д.ф.-м.н. Л.Б. Кацнельсона, к.ф.-м.н. H.A. Викулову, к.ф.-м.н. Т.Б. Сульман, П.В. Коновалова; сотрудников Свердловской областной клинической больницы №1; C.B. Сухареву, к.м.н. Н.Л. Бабак, Л.В. Кардапольцева, Т.А. Варгину.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Методы получения изображений желудочка

Для анализа региональной кинетики стенки ЛЖ для каждого субъекта были получены УЗИ изображения ЛЖ (рис. 1) в течение полного сердечного цикла (диастола - систола - диастола) под контролем синхронной ЭКГ. Ультразвуковые изображения в течение сердечного цикла записывались как видеоряд со скоростью 30 кадров в секунду. В каждом кадре сердечного цикла вручную определялся и наносился на исходное изображение эндокардиальный контур ЛЖ (рис. 1). Изображения с нанесенными контурами поступали на вход разработанной нами программы, где далее оцифровывались и обрабатывались специальными методами.

Рис. 1. Ультразвуковое изображение ЛЖ.

А: апикальная четырехкамерная позиция регистрации изображения. Б: модифицированная двухкамерная позиция регистрации с выведением аорты. ЛЖ - левый желудочек: ПЖ -правый желудочек; ЛП - левое предсердие; ПП - правое предсердие, Ао - аорта.

Методы обработки изображений

Нами разработан программный комплекс (USGraph - Ultra Sound Graphics), который включает процедуры по обработке изображений, полученных с диагностического аппарата, и методы вычисления характеристик региональной кинетики стенок ЛЖ для каждого обследуемого.

Фракция выброса ЛЖ (EF), т.е. доля диастолического объема крови, выбрасываемая в систолу, определяется отношением ударного объема к конечно-диастолическому объему ЛЖ: = EDV~ESV_

У ' EDV ' К >

где EF - относительное изменение объема за систолу, EDV и ESV - конечно-диастоличсский и конечно-систоличсский объемы соответственно, которые вычисляются методом Симпсона [ФсШ-епбаум, 1999].

В качестве 2-мерной оценки динамического изменения объема JDK в течение цикла используется изменение во времени площади фигуры, заключенной между конечно-диастолическим и каждым последующим контуром ЛЖ. Двумерная оценка (AS) глобальной фракции выброса определяется как относительная разность между площадями конечно-диастолического и конечно-систолического изображения ЛЖ:

bS(%)=EDS~ESS, (2)

v ' EDS

где S - площадь изображения ЛЖ, /15 - относительное изменение площади за систолу, EDS, ESS - площади конечно-диастолического и конечно-систолического изображения ЛЖ.

Региональная кинетика стенок ЛЖ

Для анализа сегментарной кинетики стенки ЛЖ мы использовали метод секторов в стандартном (равные углы секторов [Wong et al, 1986]) и модифицированном нами (равные площади секторов [Чумарпая и др, 2008]) вариантах. Площадь изображения ЛЖ, ограниченная конечно-диастолический контуром, делится на секторы с равными углами (рис. 2Б) или равными площадями (рис. 2А), имеющими вершину в центре масс. Количество секторов в нашем исследовании равно 20 секторам.

Кадр с посекторным разбиением конечно-диастолического изображения ЛЖ совмещается с каждым последующим кадром в течение сократительного цикла. Региональная кинетика стенки ЛЖ оценивается при помощи анализа динамики изменения площади Sj соответствующего сектора в течение цикла. При этом в качестве двумерной оценки региональной фракции выброса (ASj) вычисляется отношение разности между площадью сектора в начале сократительного цикла и минимальной площадью этого сектора, достигаемой в систолу, к величине конечно-диастолической площади сектора: EDS.-ESS,

Ä5,(%) =-'--'-, (3)

л ' EDSt

где Sj - площадь j-го сектора в разбиении изображения ЛЖ, /15, - максимальное относительное изменение площади сектора за систолу, EDSj - конечно-диастолическая площадь j-го сектора, ESSj - минимальная площадь сектора во время сократительного цикла или так называемая локальная (или региональная) конечная систола.

В качестве количественной характеристики (-ф асинхронизма достижения локальной конечной систолы j-го региона по отношению к глобальной систоле используется отношение времени достижения локальной и глобальной систолы соответственно".

t(ESS.)

= (4)

где Tj - доля времени, занимаемого локальной конечной систолой по отношению к глобальной конечной систоле, t(ESSj), t(ESS) - время достижения локальной систолы j- м сектором и глобальной систолы соответственно.

Использование равных углов в стандартном варианте метода секторов не лишено ряда ограничений. Поэтому более удобным способом использования метода секторов является разбиение изображения ЛЖ на секторы с равной площадью (рис. 2А). В этом случае величина региональной фракции выброса ASj позволяет оценить вклад каждого региона в глобальную систолу и сравнить значения ASj со средней величиной, которая при таком разбиении на секторы в точности равна двумерной оценке глобальной фракции выброса AS.

А Б

Рис. 2. Метод секторов

Кадр с конечно-диастолическим контуром (КДК) изображения ЛЖ совмещен с кадром, содержащим конечно-систолический контур (КСК), параллельным переносом с совмещением центров масс. Из центра масс проводятся радиусы к конечно-диастолическому контуру, разбивающие внутреннюю область ЛЖ на секторы с равными площадями (панель Л) или на секторы с равными углами (панель Б).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Особенности региональной кинетики стенки ЛЖ в норме

В настоящей работе впервые методом двумерного УЗИ установлены характерные закономерности региональной кинетики стенки ЛЖ, демонстрирующие ее существенную пространственную неоднородность в контрольной (нормальной) группе (рис. ЗА, таб.1). Региональные фракции выброса в разных участках ЛЖ значительно отличаются, при этом наблюдается регулярный нелинейный характер изменения региональной фракции выброса при последовательном обходе стенки ЛЖ по часовой стрелке от одной границы контура до другой (рис. ЗА, черная сплошная линия). Минимальная региональная фракция выброса наблюдается в верхушечной области ЛЖ. Наибольшие величины

региональной фракции выброса оказываются в срединных отделах свободной стенки и межжелудочковой перегородки ЛЖ.

Рис. 3. Пространсгвенно-временные характеристики региональной неоднородности сокращения ЛЖ в норме и при ИБС.

А: Черные линии - зависимости величины региональной фракции выброса /15} от номера сектора. Серые линии - зависимости характеристики I) асиихронизма достижения локальной конечной систолы от номера сектора. Сплошные линии - зависимости в контрольной группе, пунктирные линии - в группе больных ИБС. По оси абсцисс отложены номера (№) секторов в соответствии с нумерацией на рис. 2, по оси ординат: слева - средняя величина Щ, справа -средняя величина ту. Б: линейная регрессия средних значений региональных фракций выброса АЗ, по средним величинам гу асиихронизма достижения локальной систолы в контрольной группе (сплошная линия регрессии, г = -0.61, г2 = 0.37; р<0.01; ДБ) = 0.59 - 0.41т,) и в группе ИБС (пунктирная линия регрессии, г = -0.60, г2 = 0.36; р<0.01; ДSj = 0.56 - 0.641,), Представленные результаты получены для 4-х камерной позиции регистрации изображения сердца при использовании метода секторов с равными площадями.

Дисперсионный анализ региональной фракции выброса по 20 секторам с высоким уровнем значимости указывает на существование различий региональной фракции выброса между регионами (р<0.01). Например, экстремальные значения средних величин региональной фракции выброса (минимум по сравнению с максимумом) значимо отличаются друг от друга (¿-тест с р<0.01). Более того, и минимальные, и максимальные значения региональной фракции выброса значимо

отличаются от двумерной оценки Ж глобальной фракции выброса, лежащей между экстремальными значениями региональной фракции выброса (таб.1).

Таким образом, проведенный статистический анализ региональных фракций выброса в контрольной группе указывает на существенную пространственную неоднородность сокращения стенки ЛЖ в норме и выявляет значимые количественные отличия вклада различных регионов стенки в глобальную фракцию выброса.

Таблица 1. Характеристики глобальной и региональной фракции выброса ЛЖ

EF (%) &S (%) Min ASj (%) Мах ASj (%) CV ASj (%)

4-х камерная позиция _ Контроль Равные ' площади ИБС секторов 71±2 65±2 51±2 45±1§§ 48±2" 38±2**§§ 60±2" 63±2" 57±2** 65±2" 15±1 24±1§§

Контроль Равные УГЛЫ ИБС секторов 71±2 65±2 51±2 45±1§§ 46±2" 37±2*'§ 61±2" 66±2** 57±2** 67±2" 14±1 22±1§§

2-х камерная позиция _ _ Контроль Равные г площади ИБС секторов 72±2 70±2 53±1 51±1 50±2 47±2" 63±2" 63±2" 61±2" 63±2" 15±1 21±1§§

„ Контроль Равные с УГЛЫ ИБС секторов 72±2 70±2 53±1 51±1 50±2* 44±2"§§ 61±2" 63±2" 62±2" 63±2" 14±1 19±1§§

Приведены значения в контрольной группе и группе больных ИБС следующих величин: объемная фракция выброса ЛЖ (EF, см. формулу (1)), двумерная оценка фракции выброса (4S, см. формулу (2)), минимальные и максимальные значения региональной фракции выброса (Min AS) и Мах ASj, см. формулу (3)), коэффициент вариации индивидуальной региональной фракции выброса (CVAS/). Значимые отличия между ASj и AS: * - р<0.05,** - р<0.01. Значимые отличия между Контролем и ИБС: § - р<0.05, §§ - р<0.01.

Несмотря на качественное подобие зависимостей региональной фракции выброса от положения (номера) региона, дисперсионный анализ указывает на различия между данными, полученными в разных позициях регистрации изображения сердца и разными методами разбиения изображения ЛЖ на секторы (таб. 1). Этот факт свидетельствует о необходимости получения информации о движении стенки ЛЖ в различных допустимых позициях регистрации и различными методами обработки изображения (принцип дополнительности) для обеспечения наиболее полной информации и выявления особенностей региональной кинетики стенки ЛЖ.

Анализируя динамику изменения площади каждого сектора, мы имели возможность оценить также временную неоднородность сокращения ЛЖ, используя характеристику ту (см. формулу (4)) асинхронизма достижения локальной конечной систолы по сравнению с глобальной конечной систолой. Если локальная конечная систола региона достигается раньше по времени по сравнению с глобальной конечной систолой ЛЖ, то соответствующее ту принимает значение меньше единицы (ту < 1), а более позднему окончанию локальной систолы региона соответствует значение ту > 1.

Так же как и дисперсионный анализ региональной фракции выброса, дисперсионный анализ ту по фактору принадлежности к определенному региону указывает на значимые отличия асинхронизма локальной конечной систолы между регионами ЛЖ. Оказалось, что зависимость средних значений г, от номера региона также имеет несколько локальных экстремумов и во многом напоминает характер зависимости для региональной фракции выброса только в ее зеркальном отражении (рис. ЗА, серая сплошная линия). Пикам региональной фракции выброса в срединных отделах стенки ЛЖ соответствуют локальные минимумы ту < 1 и, значит, наиболее раннее завершение локальной систолы этими регионами по сравнению с глобальной конечной систолой. Минимуму региональной фракции выброса в верхушечной области соответствует максимальная величина ту > 1 и, следовательно, наиболее позднее завершение локальной систолы по сравнению с глобальной конечной систолой.

Регулярное соответствие средних величин ту и Щ между собой позволяет высказать гипотезу о том, что отделы стенки ЛЖ, ранее достигающие локальной конечной систолы (т.е. в среднем имеющие значения характеристики асинхронизма ту < 1), сокращаются в большей степени и вносят больший вклад в глобальную фракцию выброса, чем регионы, позднее достигающие локальной конечной систолы. В пользу этой гипотезы свидетельствует значимая отрицательная корреляция между средними величинами ту и Щ, установленная в контрольной группе (рис. ЗБ).

Количественные характеристики неоднородности индивидуальной сегментарной кинетики стенки ЛЖ субъекта

Неоднородность сегментарной кинетики стенки ЛЖ проявляется не только в неодинаковости групповых показателей региональной функции, но и является неотъемлемым атрибутом индивидуального поведения сокращения ЛЖ каждого субъекта. В качестве количественной оценки степени неоднородности индивидуального сокращения ЛЖ мы использовали коэффициент вариации

региональной фракции выброса (СУАБ^ субъекта [Мархасин и др, 1994]. В контрольной группе средне значение СУ^ составляло 15±1% при 4-х камерной позиции регистрации изображения и разбиении его на секторы с равной площадью (таб. 1).

Нами была установлена значимая отрицательная корреляция между величиной коэффициента вариации региональной фракции выброса ДБ) и глобальной фракции выброса ЕР субъекта в контрольной группе (рис. 4). Установленная корреляционная связь позволяет предположить существование зависимости между глобальной фракцией выброса и степенью пространственной неоднородности сокращения стенки ЛЖ в норме. Эта связь, полученная на основе УЗИ изображений ЛЖ, подтверждает результаты, полученные ранее в работе [Мархасин и др, 1994] методом контрастной вентрикулографии.

В качестве количественной характеристики временной неоднородности региональной кинетики стенки ЛЖ в индивидуальном сократительном цикле мы Использовали коэффициент вариации характеристики ту асинхронизма достижения локальной конечной систолы (СУту) для субъекта. В контрольной группе средне значение С\Гт; составляло 15±1% при 4-х камерной позиции регистрации изображения и разбиении его на секторы с равной площадью. Аналогично установленной связи между коэффициентом вариации региональной фракции выброса и глобальной фракцией выброса, была обнаружена отрицательная корреляция между коэффициентом вариации регионального асинхронизма локальной конечной систолы и глобальной фракцией выброса.

Связь между фракцией выброса ЛЖ (ЕЕ) с каждым из коэффициентов вариации индивидуальных величин и ту, характеризующих пространственную и временную неоднородность кинетики стенки ЛЖ, позволяет предположить наличие - связи между самими этими характеристиками неоднородности. Этот факт позволяет высказать предположение о координации пространственной и временной неоднородности сокращения ЛЖ в норме, каждая из которых (или обе вместе) могут влиять на фракцию выброса ЛЖ.

0.9

О

С

X Группа с пониженной функцией верхушки (п =18)

0.3

0.0

0.2 СУ Д^ 0.4

0.6

Рис. 4. Влияние неоднородности региональной кинетики стенки ЛЯС на глобальную фракцию выброса. Показана линейная регрессия глобальной фракции выброса ЛЖ (ЕР) по величине коэффициента вариации региональной фракции выброса (СУ ДЭ^. Значимая связь (г = -0.59; г2 = 0.35; р <0.01; ЕР = 0.85 - 0.86 * СУ установлена для объединенной совокупности данных, полученных в контрольной группе и в группе больных ИБС. Параметры регрессии в отдельных группах значимо не отличаются от параметров регрессии в объединенной группе. Представленные результаты получены для 4-х камерной позиции регистрации изображения сердца при использовании метода секторов с равными площадями.

Сравнение характеристик пространственно-временной неоднородности сокращения ЛЖ в норме и при ИБС

Исходная группа больных ИБС (п=52) включала в себя субъектов с нормальной или сохраненной фракцией выброса (см. таб. 1). Однако в результате нашего исследования оказалось, что значения двумерной оценки фракции выброса АБ в группе больных были в среднем несколько снижены по сравнению с контрольной группой (таб. 1). Характер зависимости средних величин региональной фракции выброса АБ] от пространственного расположения (номера_/) сегмента стенки ЛЖ не изменился в группе больных по сравнению с контролем (рис. ЗА, черная пунктирная линия).

Многофакторный дисперсионный анализ массива данных о региональных фракциях выброса Щ по всем 20 сегментам для обеих групп (контрольной и группы больных ИБС) не выявил значимых различий между группами в целом, ни в одной из позиций регистрации изображения ЛЖ или методе разбиения области ЛЖ

на регионы. В то же время, парный /-тест для региональной фракции выброса в отдельно взятых регионах обнаружил значимые отличия между контролем и патологией для ряда регионов. В частности, в верхушечной области региональная фракция выброса была снижена в группе больных по сравнению с контрольной группой (рис. ЗА, а также см. значения Min AS, в таб. 1).

Статистический анализ характеристики ту асинхронизма достижения локальной конечной систолы по всем 20 сегментам также в целом не выявил значимых различий между группой больных и контрольной группой. Как и в контроле, сегменты с меньшей средней региональной фракцией выброса достигали локальной конечной систолы в среднем позднее, чем сегменты с большей средней региональной фракцией выброса (рис. ЗА, серая пунктирная линия). При этом для 4-х камерной позиции регистрации изображения ЛЖ сохранялась значимая отрицательная корреляция между средними значениями г) и ASj (рис. ЗБ, серая пунктирная линия).

Среднее значение коэффициента вариации индивидуальных региональных фракций выброса ASj было значимо выше в группе больных по сравнению с контролем, что указывает на существенное увеличение пространственной неоднородности сокращений стенки ЛЖ при патологии (таб. 1). В группе ИБС сохранялась отрицательная корреляция коэффициента вариации индивидуальных региональных фракций выброса ASj с глобальной фракцией выброса EF субъекта. При этом коэффициент корреляции и параметры регрессионной прямой не отличались значимо от контрольных, так что связь коэффициента вариации региональной фракции выброса с глобальной фракцией выброса может быть описана общей регрессионной прямой для обеих групп (рис. 4).

Среднее значение коэффициента вариации индивидуального асинхронизма достижения локальной систолы ij также было значимо выше в группе больных по сравнению с контролем. Например, значение CVt) составляло 18±1% в группе ' больных ИБС против 15±1% в контрольной группе при 4-х камерной позиции регистрации изображении ЛЖ и разбиении его на секторы с равной площадью. Этот факт, в свою очередь, указывает на увеличение временной неоднородности сокращений стенки ЛЖ при патологии.

Статистический анализ обнаружил также в группе ИБС значимую отрицательную корреляцию между коэффициентом вариации индивидуальных г)- и глобальной фракцией выброса EF субъекта, причем в отличие от контрольной группы эта связь была значимой для изображений ЛЖ, полученных и в 2-х, и в 4-х камерной позициях. В соответствии с этим положительная корреляционная связь между коэффициентами вариации индивидуальных г) и ASj субъекта также была значимой для всех четырех способов получения данных.

Результаты сравнения характеристик индивидуальной неоднородности сокращения ЛЖ в группе ИБС с контрольной группой свидетельствуют о значимом увеличении степени пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ в патологии по сравнению с нормой. Кроме этого, связи между характеристиками пространственной и временной неоднородности сокращения ЛЖ между собой, а также между степенью этой неоднородности и глобальной фракцией выброса становятся в патологии более выраженными, проявляясь в отличие от контроля при всех способах получения данных о движении стенки ЛЖ.

Анализ индивидуальных данных для пациентов с ИБС. Диагностический критерий отклонения сегментарной кинетики стенки ЛЖ от нормы

Проведенный количественный анализ региональной кинетики стенки ЛЖ выявил значимые различия между контрольной группой и группой ИБС для средних величин региональной фракции выброса в ряде отделов стенки ЛЖ, в частности, наиболее выраженные различия были выявлены в верхушечной области. Поэтому мы провели более детальный анализ индивидуальных данных о региональной фракции выброса субъектов из группы ИБС с целью выявить пациентов, у которых индивидуальные данные в верхушечной области выходят за пределы установленных нами нормальных значений.

Для этого индивидуальные кривые зависимости региональной фракции выброса от номера сегмента сравнивались со средней кривой, полученной в контрольной группе. В соответствии со стандартной процедурой выявления значений случайной величины, с большой вероятностью не принадлежащих генеральной выборке, мы выделили в отдельную подгруппу пациентов, у которых индивидуальные значения региональной фракции в верхушечной области (т.е. в секторах с номерами 9-11) были меньше соответствующих средних значений в контрольной группе, более чем на 2 стандартных отклонения (что обеспечивает 5% уровень ошибки). Заметим, что в контрольной группе данные ни одного из субъектов не удовлетворяли указанному условию выпадения из группы.

Таким образом, мы получили подгруппу больных, у которых средняя региональная фракция выброса в верхушечном диапазоне оказалась значительно ниже, чем средняя региональная фракция выброса в контрольной группе (рис. 5). Например, для изображения ЛЖ в 4-х камерной позиции с равными площадями секторов была выделена подгруппа пациентов со сниженной функцией верхушки (п=18), для которой средняя региональная фракция выброса в верхушечном, 10-м секторе составила 27±2%, что в 1.8 раза ниже (р<0.001), чем соответствующая региональная фракция выброса 48+2% в контрольной группе (п=22), и в 1.4 раза ниже (р<0.001), чем региональная фракция выброса 38±2% в исходной группе ИБС (п=52). Более того, даже для изображения ЛЖ в 2-х камерной позиции с равными

15

площадями секторов, где среднее значение региональной фракции выброса 9-го верхушечного сектора в исходной группе больных значимо не отличалось от нормы (47±2% в группе больных против 50±2% в контроле), в выделенной подгруппе больных со сниженной функцией верхушки (п=15) среднее значение региональной фракции выброса в этом секторе стало равным 35+2%, что в 1.4 раза меньше контрольной величины, и это снижение было статистически высокозначимым (р<0.01).

- — Группа с пониженной функцией верхушки (п = 18 ) Рис. 5. Анализ индивидуальных данных пациента. Выделение подгруппы больных со сниженной функцией верхушечного отдела ЛЖ.

Л: демонстрирует индивидуальную зависимость региональной фракции выброса от номера сектора, зарегистрированную для пациента А (пунктирная линия) со сниженной функцией верхушки, по сравнению с кривой для средних значений региональной фракции выброса в контрольной группе (сплошная линия). Вертикальные отрезки показывают допустимые интервалы в 2 стандартных отклонения от средних величин для контрольных значений региональных фракций выброса. Б: демонстрирует зависимость средних региональных фракций выброса от номера сегмента в подгруппе со сниженной функцией верхушки (пунктирная линия). Звездочками обозначены значения региональных фракций выброса, значимо отличающиеся от контрольных (* - р<0.05; ** - р<0.01). Представленные результаты получены для 4-х камерной позиции регистрации изображения сердца при использовании метода секторов с равными площадями.

Наряду с ожидаемым снижением показателей функции верхушки, в выделенных подгруппах оказалось, что региональные фракции выброса большинства остальных регионов ЛЖ также были в среднем значимо ниже, чем в контрольной группе (рис. 5Б, отмечены *), гак что и средняя двумерная оценка глобальной фракции выброса в этой подгруппе оказалась значимо ниже, чем в контроле (р<0.01) (рис. 6). Этот результат явно указывает на то, что снижение локальной функции верхушки может служить маркером глобального снижения функции ЛЖ, и этот факт можно использовать при диагностике состояния насосной функции желудочка.

EF AS min AS. CVASj

Рис. 6. Сравнение характеристик глобальной и региональной функции JDK в полной группе больных ИБС и в группе и пониженной функцией верхушки. Показаны характеристики: объемная фракция выброса ЛЖ (EF), двумерная оценка фракции выброса (AS), минимальные значения региональной фракции выброса (Min ASj,), коэффициент вариации региональной фракции выброса (CV ASj), выраженные в % от контрольных величин, принятых за 100%. Значимые отличия между Контролем и ИБС: § - р<0.05, §§ - р<0.01. Значимые отличия между ИБС и ИБС с пониженной функцией верхушки: & - р<0.05, && - р<0.01. Представленные результаты получены для 4-х камерной позиции регистрации изображения сердца при использовании метода секторов с равными площадями.

Поскольку нами была выявлена статистически значимая связь между коэффициентом вариации индивидуальных региональных фракций выброса субъектов и глобальной фракцией выброса, мы также выделили подгруппу пациентов, у которых индивидуальный индекс неоднородности региональной фракции выброса превышает пределы установленной нормы.

В выделенных подгруппах оказалось, что средняя глобальная фракция выброса и средняя двумерная оценка глобальной фракции выброса значимо ниже, чем в контрольной группе (р<0.01). Заметим, что в подгруппах с повышенным

коэффициентом вариации индивидуальных региональных фракций выброса при 4-х камерной позиции регистрации изображения минимальная региональная фракция выброса также значимо отличалась от этой характеристики в контроле (р<0.01). Сравнение состава пациентов, входивших в подгруппы с пониженной функцией верхушки и повышенным коэффициентом вариации индивидуальных региональных фракций выброса показало, что большинство пациентов имеющих сниженную функцию верхушки имеют также повышенный индекс пространственной неоднородности. Это результат указывает, что снижение локальной функции верхушки ЛЖ и повышенная степень неоднородности индивидуальных региональных фракций выброса являются значимыми показателями снижения глобальной функции, этот факт можно использовать при диагностике состояния насосной функции ЛЖ.

Оба количественных показателя региональной неоднородности сокращения стенки ЛЖ имели высокий уровень чувствительности (~ 35%) и специфичности (~ 99%) к патологии сердца, что указывает на целесообразность их использования в клинической практике.

Анализ аномального движения стенки желудочка в систолу

При анализе временного хода сокращения ЛЖ у субъектов из группы ИБС были обнаружены достаточно частые случаи, когда вместо сокращения во время глобальной систолы площадь одного или нескольких регионов не уменьшалась, а, напротив, увеличивалась по сравнению с конечно-диастолической площадью. При этом в ряде случаев увеличение площади сектора наблюдалось в течение практически всей глобальной систолы.

Мы выявили значимые различия между группой ИБС и контрольной группой по следующим характеристикам аномального движения стенки ЛЖ в систолу: 1) по частоте возникновения локальных выбуханий стенки ЛЖ (наличие выбухания регистрировалось, когда хотя бы в одном из 20-ти регионов в течение систолы наблюдался хотя бы один случай выбухания), 2) по максимальному количеству регионов, одновременно превышающих конечно-диастолические размеры, а также 3) по максимальной среди секторов величине прироста площади сектора в течение глобальной систолы. Все три величины значимо возрастают в группе ИБС, свидетельствуя о существенно возросшей пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ при ишемической болезни сердца.

Сравнение характеристик пространственно-временной неоднородности сокращения ЛЖ до и после реваскуляризации

Из общей группы больных ИБС (п=52) на повторное обследование после проведенной операции стентирования по истечении грех месяцев вернулось 25 пациентов. Проведенный анализ группы больных ИБС, прошедших реваскуляризацию, показал, что после оперативного вмешательства характеристики глобальной и региональной функции ЛЖ значимо не отличались от таковых до оперативного вмешательства. В тоже время можно отметить, что глобальная фракция выброса у этой группы больных после операции несколько возросла и в большинстве регионов наблюдалась тенденция к приближению значений региональных фракций выброса к значениям этих характеристик в контрольной группе. Мы предполагаем, что отсутствие значимых различий глобальной и региональной функции ЛЖ до и после операции может быть связано с необратимыми изменениями, произошедшими в миокарде ЛЖ в процессе патологии, либо с недостаточным сроком, прошедшим после оперативного вмешательства (на повторное обследование пациенты возвращались после 3-х месячного перерыва) для восстановления региональной функции желудочка.

Хотя в полной группе больных после повторного обследования не было выявлено достоверных отличий характеристик региональной кинетики стенки ЛЖ, в подгруппе, где субъекты до операции имели сниженную функцию верхушки, глобальная фракция выброса значимо увеличилась после операции. Более половины пациентов из подгруппы со сниженной функцией верхушки ЛЖ до операции после реваскуляризации имели функцию верхушки ЛЖ, не выходящую за статистические пределы контроля. Полученные результаты показывают, что региональная функция верхушечной области более чувствительна к изменениям, произошедшим в миокарде ЛЖ как до, так и после операции. Этот результат также подтверждает тот факт, что локальная функция верхушки может служить маркером состояния глобальной функции ЛЖ.

В подгруппе с повышенным индексом неоднородности индивидуальных региональных фракций выброса до операции также наблюдалась тенденция к увеличению глобальной фракции выброса, к увеличению региональной функции верхушки ЛЖ и к уменьшению степени неоднородности индивидуальных фракций выброса после реваскуляризации. Однако изменения этих характеристик не были статистически значимыми.

Возможно, результаты, полученные как в подгруппе с пониженной функцией верхушки, так и в подгруппе с повышенным индексом неоднородности региональных фракций выброса, имеют место из-за малого размера выборок, что делает параметрические методы статистического анализа менее надежными в оценках характеристик региональной и глобальной функции ЛЖ. Для проверки

этого факта требуются дальнейшие исследования с увеличением подгрупп пациентов как с пониженной функцией верхушки, так и с повышенным индексом неоднородности региональных фракций выброса до операции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные нами результаты вместе с многочисленными данными литературы, позволяют по-новому взглянуть на физиологию сердца. Парадигма, постулирующая, что мышечная стенка ЛЖ биомеханически однородна, и каждый ее участок сокращается синхронно, сменяется представлением, согласно которому сердечная мышца состоит из функционально различных, но строго координированных в пространстве и во времени сегментов. Новая парадигма требует нового взгляда на механизмы управления насосной функцией сердца, на патофизиологические явления в сердечной мышце и требует разработки новых показателей эффективности сократительной и насосной функции сердца.

ВЫВОДЫ

1. Впервые методом УЗИ установлены характерные закономерности региональной кинетики стенки ЛЖ у здоровых людей и больных ИБС. Показано, что региональная кинетика стенки ЛЖ существенно неоднородна во времени и в различных сегментах стенки ЛЖ, причем вклад этих сегментов в глобальную фракцию выброса значимо различается. Наибольшие относительные изменения площади происходят в секторах, ограниченных срединными сегментами свободной стенки ЛЖ и межжелудочковой перегородки, а наименьшие - в секторах, ограниченных верхушечными сегментами. При этом большему относительному изменению площади сектора соответствует меньшее время его достижения.

2. Установлена значимая отрицательная корреляция между степенью пространственной и временной неоднородности сокращения ЛЖ и его глобальной фракцией выброса в норме и при ИБС.

3. Установлено статистически значимое снижение региональной фракции выброса в верхушечной области ЛЖ у больных ИБС. Показана особая роль верхушечной области ЛЖ в физиологии и патофизиологии механической функции сердца.

4. Найдено значимое увеличение степени пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ при ИБС по сравнению с нормой. Разработаны количественные индексы пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ и показано, что увеличение этих индексов может служить диагностическим признаком ухудшения механической функции ЛЖ.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Чумарная Т.В., Соловьева О.Э., Сухарева C.B., Варгина Т.Л., Мархасин B.C. Пространственно-временная неоднородность сокращения стенки левого желудочка в норме и при ишемической болезни сердца // Физиол. журн, им. И.М. Сеченова. 2008. 94(11). с. 1217-1239.

2. Чумарная Т.В., Сухарева C.B. Оценка пространственно-временной неоднородности сокращения стенки левого желудочка сердца человека в норме и при ишемической болезни сердца // Научные труды II съезда физиологов СНГ. г. Кишинев. 2008. с. 117.

3. Chumarnaya T., Solovyova О., Sukharcva S., Babak N., Vargina T., Markhasin V. Macroscopic Characteristics Of Spatio-temporal Heterogeneity Of Normal Human Left Ventricular Contraction // Biophysical Journal, Supplement, 21a. 2008. p. 298-299.

4. Чумарная T.B. Оценка неоднородности сегментарной кинетики стенок левого желудочка сердца человека // Четвертая всероссийская с международным участием Школа-конференция по физиологии кровообращения. Тезисы докладов. Москва. 2008. с. 102-103.

5. Чумарная Т.В. Метод оценки пространственно-временных характеристик неоднородности сокращения стенок левого желудочка сердца // XV конференция серии «Математика. Компьютер. Образование». Тезисы. Дубна. 2008. с. 230.

6. Сухарева C.B., Бабак H.JL, Варгина Т.А., Кардапольцев Л.В., Чумарная Т.В. Оценка результатов стентирования коронарных артерий при нормальной систолической функции левого желудочка // Ультразвуковая и функциональная диагностика. 2007. №4. с 106.

7. Чумарная Т.В., Соловьева О.Э., Мархасин B.C. Статистический анализ сегментарной кинетики стенок левого желудочка // Патофизиология -современной медицине: материалы межрегиональной научной конференции, посвященной 70-лстию кафедры патофизиологии Ижевской государственной медицинской академии. Ижевск. 2007. с. 29-32.

8. Чумарная Т.В., Соловьева О.Э., Бабак Н.Л., Варгина Т.А., Сухарева C.B., Кардапольцев Л.В., Мархасин B.C. Неоднородность сегментарной кинетики стенок желудочка в норме и при ишемической болезни сердца // Тезисы Уральской региональной научно-практической конференции «Современные возможности лечения заболеваний сердца и сосудов». Екатеринбург. 2007. с. 192193.

9. Чумарная Т.В., Соловьева О.Э., Беляев О.В., Бабак Н.Л., Варгина Т.А., Кардапольцев Л.В., Сухарева C.B., Мархасин B.C. Влияние неоднородности

сегментарной кинетики стенок желудочка на насосную функцию сердца // Вестник Уральской медицинской академической науки. 2006. № 3(2). с. 124-125.

Ю.Сбоева О.М., Чумарная Т.В. Клинические исследования локальной кинетики стенок левого желудочка сердечной мышцы методами эхокардиографии и контрастной вентрикулографии. Сравнение результатов // Вятский медицинский вестник. 2005. №1. с. 53.

11.Сбоева О.М., Чумарная Т.В. Локальная неоднородность кинетики стенок левого желудочка сердечной мышцы // Вестник молодых ученых приложение к серии Науки о жизни. Сборник материалов всероссийской конференции молодых исследователей «Физиология и медицина». 2005. с. 105.

Подписано к печати 11.03.2009 г.

Печать ризографическая. Тираж 120 экз. Заказ № 78 «Деловая полиграфия» Свидетельство № 27274 (16:50:04) от 23.05.2002 г. 420111, г. Казань, ул. М.Межлаука, 6; тел. (843) 292-61-03

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Чумарная, Татьяна Владиславовна

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Проблема неоднородности миокарда.

1.2. Функциональная геометрия ЛЖ.

1.2.1. Пространственная неоднородность сокращения стенок ЛЖ.

1.2.2. Временная неоднородность сокращения стенок ЛЖ.

1.2.3. Пространственно-временная неоднородность миокарда ЛЖ в фазу расслабления.

1.3. Региональная неоднородность стенки ЛЖ при патологии.

1.4. Региональная неоднородность миокарда ЛЖ на молекулярно-клеточном уровне.

1.4.1. Неоднородность миокарда на клеточном уровне.

1.4.2. Неоднородность миокарда на молекулярном уровне.

1.5. Резюме.

Глава 2. Методика.

2.1. Исследуемые группы субъектов.

2.2. Методы получения изображений желудочка.

2.3. Методы обработки изображения.

2.3.1. Оконтуривание и калибровка.

2.3.2 Методы вычисления объема и фракции выброса ЛЖ.

2.4. Региональная кинетика стенок ЛЖ.

2.4.1. Метод секторов.

2.4.2. Метод средней линии.

2.4.3. Метод прямоугольников.

2.5. Статистическая обработка полученных данных.

Глава 3. Результаты.

3.1. Особенности региональной кинетики стенки ЛЖ в норме.

3.1.1. Пространственная неоднородность региональной кинетики стенки ЛЖ в норме.

3.1.2. Временная неоднородность региональной кинетики стенки ЛЖ в норме.

3.1.3. Количественные характеристики неоднородности индивидуальной сегментарной кинетики стенки ЛЖ субъекта.

3.2. Сравнение характеристик пространственно-временной неоднородности сокращения ЛЖ в норме и при ишемической болезни сердца.

3.2.1. Пространственная неоднородность региональной кинетики стенки ЛЖ при ишемической болезни сердца. Сравнение с нормой.

3.2.2. Временная неоднородность региональной кинетики стенки ЛЖ при ишемической болезни сердца. Сравнение с нормой.

3.4. Анализ индивидуальных данных для пациентов с ишемической болезнью сердца.

3.4.1. Диагностический критерий отклонения сегментарной кинетики верхушечной области ЛЖ от нормы.

3.4.2. Диагностический критерий отклонения коэффициента вариации индивидуальных региональных фракций выброса от нормы.

3.5. Анализ аномального движения стенки ЛЖ в систолу.

3.6. Чувствительность и специфичность показателей региональной функции ЛЖ.

3.7. Сравнение характеристик пространственно-временной неоднородности сокращения ЛЖ до и после оперативного вмешательства.

3.7.1. Сравнение характеристик пространственно-временной неоднородности сокращения ЛЖ до и после оперативного вмешательства в общей группе больных ИБС.

3.7.2. Сравнение характеристик пространственно-временной неоднородности сокращения ЛЖ до и после оперативного вмешательства в подгруппе с пониженной функцией верхушечной области ЛЖ.

3.7.3. Сравнение характеристик пространственно-временной неоднородности сокращения ЛЖ до и после оперативного вмешательства в подгруппе с повышенным коэффициентом вариации индивидуальных фракций выброса ЛЖ.

3.7.4. Характеристики аномального движения стенки ЛЖ в систолу в группах до и после оперативного вмешательства.

Обсуждение результатов.

Выводы.

Список цитируемых источников.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Количественный анализ пространственно-временной неоднородности сокращения стенки левого желудочка человека в норме и при ишемической болезни сердца"

Актуальность исследования

В настоящее время накапливается все больше данных, которые свидетельствуют, что сердечная мышца существенно неоднородна [3]. Эта неоднородность имеет различные масштабы от молекулярного до тканевого уровня. Установлено, что электрофизиологические, механические, биохимические свойства кардиомиоцитов отличаются в субэндокардиальных и субэпикардиальных слоях миокарда [9, 77, 137, 146]. Кроме того, найдено, что эти свойства отличаются в верхушечных и базальных регионах левого желудочка сердца (ЛЖ) [135, 137].

Хотя имеются работы, в которых исследуются на тканевом уровне региональные особенности механической функции стенки ЛЖ в патологии [80, 113, 140], все же до настоящего времени физиологическая и патофизиологическая значимость этих особенностей остается невыясненной. Кроме того, явно недостаточно разработаны количественные показатели региональной механической функции камер сердца.

Актуальность работы состоит в том, чтобы выяснить роль пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ сердца человека, получить эталонные характеристики неоднородности в норме и разработать количественные показатели ее нарушения у больных ишемической болезнью сердца (ИБС).

Цели и задачи

Цель работы - исследовать и количественно описать региональные особенности движения стенки ЛЖ в норме (контрольной группе без сердечной патологии) и при ИБС, а также выяснить физиологическую и патофизиологическую значимость пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ.

Для достижения данных целей были поставлены следующие задачи:

1) количественно описать региональную кинетику стенки ЛЖ;

2) разработать количественные показатели пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ;

3) сравнить индексы неоднородности в норме и при ИБС и оценить их диагностическую значимость;

4) оценить вклад нарушения региональной кинетики стенки ЛЖ в снижение его механической функции.

Методы исследования

Для исследования региональной кинетики стенки ЛЖ использовались изображения ЛЖ, полученные в течение сердечного цикла методом двумерного УЗИ (аппарат Vivid 7 PRO General Electric Co) в 4-х камерной апикальной и модифицированной 2-х камерной позиции с выведением аорты. Эхокардиографические исследования проводились врачом функциональной диагностики высшей категории в Свердловской областной клинической больнице №1 в соответствии с протоколом, одобренным этическим комитетом. Построение контуров полости ЛЖ проводилось штатным дипломированным лаборантом ОКБ№1.

Региональная кинетика стенки ЛЖ исследовалась при помощи метода секторов в стандартном (равные углы секторов [147]) и модифицированном нами (равные площади секторов [6]) вариантах. Для анализа сегментарной кинетики стенки ЛЖ был разработан программный комплекс (USGraph - Ultra Sound Graphics).

Характеристики региональной кинетики стенки ЛЖ в норме были оценены для контрольной группы здоровых людей (п=22), не имеющих сердечной патологии в анамнезе. Группа больных ИБС (п=52) была отобрана среди пациентов, направляемых на операцию стентирования. Все пациенты имели по совокупности клинических данных нормальную или сохраненную фракцию выброса1.

1 Нижний предел клинической нормы для фракции выброса составляет 55%, сохраненной считается фракция выброса, превышающая 40%, когда оперативное вмешательство считается допустимым.

Статистический анализ характеристик региональной механической функции ЛЖ проводился при помощи пакета Statistics, SoftGraph.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Впервые методом УЗИ установлены количественные закономерности региональной кинетики стенки ЛЖ, показана существенная пространственно-временная неоднородность сокращения различных сегментов стенки ЛЖ в норме и при ИБС, разработаны количественные индексы неоднородности.

• Обнаружена особая физиологическая и патофизиологическая роль верхушечных сегментов в механической функции ЛЖ.

•Показано, что пространственно-временная неоднородность сокращения стенки ЛЖ является важным фактором, способным модулировать его механическую функцию.

• Предложенные нами индексы региональной неоднородности движения стенки ЛЖ обладают высокой чувствительностью и позволяют выявить нарушения региональной функции ЛЖ у больных ИБС даже при нормальной глобальной фракции выброса и при отсутствии визуально выявляемых аномалий движения стенки.

Научная новизна

Впервые методом УЗИ детально исследована региональная неоднородность механической функции ЛЖ в норме и при ИБС. Полученные данные в сочетании с данными литературы позволили сформулировать положение о сегментарно-модульной морфофункциональной организации стенки ЛЖ. Выявлена особая роль верхушечных сегментов в нарушении механической функции сердца. Найдено, что индексы пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ являются диагностическими показателями состояния механической функции сердца.

Научная и практическая значимость

Разработан оригинальный программный комплекс для исследования пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ на базе изображений сердца, полученных методом УЗИ. Установлены закономерности пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ в норме и при ИБС. Полученные результаты позволяют расширить парадигму механической функции сердца путем включения в нее представлений о роли пространственно-временной неоднородности сокращения стенки ЛЖ в регуляции механической функции сердца. Разработаны количественные индексы для выявления нарушений региональной кинетики стенки ЛЖ. Указанные индексы могут быть использованы для оценки механической функции ЛЖ в возрастной физиологии, физиологии спорта и физиологии труда.

Публикации и апробация работы

Основные положения работы и научные результаты докладывались па четырех научных конференциях: Всероссийской конференции молодых исследователей «Физиология и медицина» (Санкт-Петербург, 2005), XV Международной конференции «Математика. Компьютер. Образование» (Дубна, 2008), IV всероссийской с международным участием Школе-конференции по физиологии кровообращения (Москва, 2008), II Съезде физиологов СНГ (Кишинев, 2008); а также на научных семинарах в Институте иммунологии и физиологии УрО РАН (Екатеринбург), в Свердловской ОКБ №1 (Екатеринбург), в Уральской государственной медицинской академии (Екатеринбург).

По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 6 статей в отечественных и международных рецензируемых журналах (среди них 5 статей из списка, рекомендуемого ВАК), 2 статьи в сборнике научных трудов, а также тезисы докладов в материалах конференций.

Исследования, проведенные в рамках диссертационной работы, поддержаны грантом Программы Президиума РАН «Фундаментальные науки -медицине».

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав (обзора литературы, описания методов исследования, изложения результатов работы), обсуждения результатов, выводов, списка использованной литературы. Объем диссертации 127 страниц, 19 рисунков, 13 таблиц.