Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Неинвазивная оценка формы волны системного артериального давления по данным исследования периферических сосудов

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Неинвазивная оценка формы волны системного артериального давления по данным исследования периферических сосудов"

На правах рукописи

Шш/

(сандрович

Верлон Николай Александров!!

Неинвазивнан оценка формы волны системного артериального давления по данным исследования периферических сосудов

03.03.01 Физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 О ОКТ 2013

005534422

2013 Санкт-Петербург

005534422

Работа выполнена в Отделении молекулярной и радиационной биофизики ФГ'БУ «Петербургский институ т ядерной физики им. Б.П. Константинова».

Пуговкин Андрей Петрович, доктор биологических наук. Мелькумянц Артур Маркович, доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник ФГЕУ "Российский кардиологический научно-производственный комплекс МЗ РФ". Самойленко Анатолий Васильевич, доктор медицинских наук, ФГБУ «Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины» СЗО РАМН.

ФГБОУ ВПО "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова".

Защита состоится " ^ п02013 года в //^часов на заседании Диссертационного Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций (Д 002.020.01) при Институте физиологии им. И.П. Павлова РАН по адресу: 199034, г. Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6.

С диссертацией можно ознакомиться и научной библиотеке Института физиологии им. И .П. Павлова РАН (Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6).

Автореферат разослан

" ¿Г " 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук

Научный руководитель: Оффициальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ордян Н.Э.

1. Общая характеристика работы.

Актуальность темы диссертации. Измерение формы волны системного артериального давления (АД) приобретает всё большую значимость при диагностике н оценке динамики лечения ряда патологий сердечно сосудистой системы. Возможности неинвазивных методов измерения АД ограничены периферическими участками сосудистого русла, а использование прямых методов измерения АД в большинстве случаев не представляется возможным. Развитие методов математического моделирования и рост мощностей современных вычислительных систем позволяют в режиме реального времени производить обработку результатов измерения АД для периферических участков сосудистого русла и рассчитать форму волны и абсолютные значения системного АД.

В настоящее время наиболее широко применяемым методом, используемым для расчёта системного АД, является метод усреднённой передаточной функции (уПФ). По сути, уПФ позволяет связать спектр сигнала периферического АД со спектром сигнала системного АД п. таким образом, позволяет производить расчёт формы волны системного АД при имеющейся записи формы полны периферического АД. уПФ является характеристикой участка сосудистого русла началом которого является аорта, а окончанием периферический участок сосудистого русла, на кагором производится измерение АД (чаще всего неинвазивными методами). Несмотря на недостатки метода уПФ, являющиеся результатом усреднения по популяции, а так же допущений сделанных при построении модели, обусловливающей применимость самого подхода, существует множество подтверждений адекватности результатов, полученных с его использованием, в сравнении с результатами прямых измерений. Отсутствие критериев, позволяющих оценить применимость метода уПФ в каждом конкретном случае, является одним из основных недостатков метода.

Цель исследования разрабо тка и совершенствование метода функциональной диагностики и мониторинга состояния системной гемодинамики по данным непнвазивпого исследования периферических артериальных сосудов.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

1. Изучить возможность использовании метода уПФ для расчёта формы волны и абсолютных значений системного АД на основании непрерывной регистрации данных параметров в периферических артериях на фоне стабильной гемодинамики.

2. Оценить применимость метода уПФ на фойе динамических процессов протекающих в сердечно сосудистой системе после введения фармакологических агентов и изменений объёма циркулирующей крови (ОЦК).

3. Определить граничные, условия применения метода уПФ для расчёта формы волны и абсолютных значений системного АД на основании измерений АД в периферических участках сосудистого русла.

4. Исследовать применимость данных, полученных при измерении давления методом Пеньяза, в качество исходных при расчёте формы волны и абсолютных значений системного АД с использованием аппарата уПФ. Сравнить полученные результаты с методами, применяемыми в современных клиниче-с. к их и ссл едован и ях.

Научная новизна работы. Впервые применен метод уПФ для расчёта формы волны и абсолютных значений системного АД на основании измеренного АД в бодренной артерии у крыс линии Вистар. Было показано, что использование уПФ «аорта бедренная артерия» у крыс линии Вистар позволяет с высокой точностью рассчитать форму волны системного АД и его абсолютные значения.

Было исследовано влияние гемодинамических параметров, таких как, систолическое давление (САД), диастолическое давление (ДАД), частота сердечных сокращений (ЧСС) и скорость распространения пульсовой волны (СРПВ), на применимость метода уПФ. На фоне введения вазоактивных фармакологических агентов и изменения ОЦК наблюдались изменения гемодинамических параметров. Было показано, что изменение САД, ДАД и ЧСС в физиологическом диапазоне (до 15% ) на фоне стабильной СРПВ не проводит к изменению уПФ и, следовательно, метод уПФ может применяться для расчёта формы волны и абсолютных значений системного АД на основании данных АД в бедренной артерии на фоне этих изменений. Данные о применимости метода уПФ на фоне изменения величин САД, ДАД и ЧСС полученные нами в опытах на животных хорошо согласуются с аналогичными исследованиями, проводимыми на людях. На фоне изменения СРПВ более

чем на 10% метод уПФ даёт большие погрешности при расчёте формы полны и абсолютных значений системного АД. что обусловлена, как изменением ПФ относительно уПФ, гак и теоретическими ограничениями, связанными с проявлением нелинейных механических свойств системы кровеносных сосудов. На основании полученных экспериментальных даниых предлагается использование величины СРПВ в качестве параметра определяющего применимость метода уПФ для расчёта формы волны и абсолютных значений АД на основании АД измеренного в периферических сосудах в каждом конкретном случае.

В исследованиях на добровольцах было показано, что применение метода уПФ к результатам измерения АД методом Пеньяза позволяем рассчитать форму волны системного АД и АД в лучевой артерии. Проведён сравнительный анализ формы кривых системного АД и АД в лучевой артерии рассчитанных методом уПФ на основании измерения АД в пальцевой артерии методом Пеньяза с результатами измерения произведёнными методом анла-нациопной тонометрии на лучевой артерия. В качестве метода определения границ применимости метода уПФ в каждом конкретном случае предложена методика расчёта СРПФ па участке «аорта - пальцевая артерия» на основании синхронной записи ЭКГ и формы волны АД в пальцевой артерии и показана чувствительность данного метода к изменению жёсткости сосудистого русла.

Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены в учебный процесс на кафедре нормальной физиологии ГБОУ ВПО СПбГПМА Минздравсоцразвития России, использованы при проведении экспериментов в лаборатории кровообращения Института физиологии им. И.П. Павлова РАН, в отделении молекулярной и радиационной биофизики ФГБУ Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН.

На защиту выносятся следующие положения:

1. В условиях стабильной гемодинамики уПФ может использоваться для расчёта системного АД.

2. При переходных процессах в сердечно сосудистой системе использование метода уПФ возможно в случае сохранения величины СРПВ в пределах характерных для стабильных состояний.

3. Расчёт системного АД из данных непрерывной записи давления получен-

ной методом Пеньяза возможен при использовании уПФ для участка «аорта пальцевая артерия».

Апробация работы. Материалы работы докладывались на XXI съезде физиологического общества имени И.П. Павлова (Москва-Калуга, 2010), Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы регуляции физиологических систем организма в процессе адаптации к условиям среды» (Санкт-Петербург. 2010), научно-практической республиканской конференции "Актуальные вопросы детской оториноларингологни"и 75-летия кафедры оториноларингологии УО "Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет"(Витебск. 2010). конференции молодых учёных посвященной 85-летию со дня основания Института физиологии им. И. П. Павлова. (Санкт-Петербург, 2010), Российском форуме «Педиатрия Санкт-Петербурга: опыт, инновации, достижения. 22-23 сентября» (Санкт-Петербург, 2011), IV Международном конгрессе «Санкт-Петербургские научные чтения-2011» (Санкт-Петербург, 2011), XV Юбилейной всероссийской меди ко биологической конференции молодых исследователей (с международным участием) «Фундаментальная наука н клиническая медицина человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2012). VIII Всероссийской конференции с международным участием, посвящённой 220-летию со дня рождения академика K.M. Бэра «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Санкт-Петербург, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК для кандидатских диссертаций, и 8 тезисов докладов.

Личный вклад автора. Основная часть работы выполнена автором самостоятельно. Измерение артериального давления у людей прибором САКР 2 проводилось автором самостоятельно. Измерение артериального давления методом анланациоииой тонометрии проводились на базе ФГ-БУ «Федеральный Центр сердца, крови и эндокринологии имени В.А. Ал-мазова» Министерства здравоохранения Российской Федерации, измерения проводил И.В. Емельянов. Опыты на животных проводились на базе лаборатории физиологии кровообращения Института физиологии им. И.П. Павлова РАН. В проведении опытов на животных принимали участие Балуева Т.В., Еркудов В.О., Пуговкин А.П.. Сергеев И.В. и автор исследования. Автор ра-

G

боты самостоятельно разработал алгоритмы обработки полученных данных и произвёл обработку всех подученных экспериментальных данных. Разработка методологии исследования и интерпретация полученных результатов, формулировка цели, задач и выводом данной работы проводилась автором самостоятел ь н о.

Структура и объём работы. Диссертация состои т из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы из 99 наименований. Объём диссертации 138 страниц, включая 42 рисунка, 14 таблиц.

2. Материалы и методы исследования.

В экспериментах на животных было исследовано 82 крысы линии Ви-стар (масса тела 320-360 гр.). Содержание, питайие и уход за животными осуществляли в соответствии с требованиями Комиссии по контролю за содержанием и использованием лабораторных животных при ФГБУН Институте физиологии им. И.П. Павлова РАН.

В качестве наркоза в острых экспериментах на животных применялся уретан (1 мг/г). Для каждой крысы производилось измерение давления на двух участках сосудистого русла. Канюля одного из датчиков ПДП 400 была введена в сонную артерию и подведена максимально близко к дуге восходящей аорты. Канюля второго датчика подводилась к бедренной артерии.

Для исследования изменении ПФ в условиях изменяющихся гемоди-памическнх параметров группам крыс вводили адреналин, ннтропрусспд натрия и полиглюкин. Так же проводилось исследование изменения уПФ при кровонотсре до 11% и от 16% до 22%, и исследовалась возможность использования уПФ для восстановления волны системного АД по данным АД для периферического участка сосудистого русла.

Введение вазоактивных препаратов проводилось но одной: и той же схеме, так, для адреналина, после непродолжительной фоновой регистрации АД, не прекращая записи, восьми животным троекратно производилось внутривенное болюсное введет«; 0,1% раствора адреналина гидрохлорида в дозировке 0,1 х10-3 мг на 100 г. массы тела животного. Ещё 8 животным, так же после непродолжительной фоновой регистрации АД, проводилось введение раствора натрия нитропруссида в дозировке 0,1 х10~3 мг на 100 г. массы тела животного. Введение; обоих препаратов проводили три раза, через вре-

менные интервалы от 2 до 5 минут. После окончания эксперимента животные умерщвлялись быстрым, внутривенным введением раствора хлорида калия.

При исследовании воздействия нагрузки объёмом, после непродолжительной фоновой АД, не прекращая записи, восьми крысам производилось внутривенная инфузия раствора полиглгокипа через перистальтический насос НП-1М из расчета. 1,3 мл за 2 минуты (0,05 мл/мин), что приблизительно сома вл ял о от 5 до 7 процентов объема циркулирующей кровн у крыс fi данной выборке. Введение проводили два ¡¡аза чрез временные интервалы от 2 до 5 минут.

Воздействие кровопотсри исследовалось Fia 15 животных, моделировали по два эпизода острой управляемой кровопотсри, при этом объем кровопотсри в первом эпизоде, во всех опытах, соответствовал объему изъятия кров» во втором эпизоде. Для расчета объема кровопотсри у животных вычислялся объем циркулирующей крови (ОЦК). который составлял 0,05 мл/г у крыс в данной выборке. Исследуемым животным в правую и левую бедренную вену устанавливались катетеры для внутривенных введений-. Катетер в правой бедренной вене соединялся со шприцом для инъекций на 4 миллилитра через полую полиэтиленовую трубку. Затем, используя шприц, у семи крыс из сосудистой системы изымали от 1,2 до 1,9 мл (потеря до 11% ОЦК) и у оставшихся восьми крыс от 2,2 до 5 мл (потеря от 16% до 22% ОЦК). Кроме того, оценивалось время, затраченное на изъятие крови.

В исследованиях на добровольцах были обследованы 23 человека, из них 17 мужчин и С женщин в возрасте от 26 до 60 лет. У каждого из добровольцев были измерены давление с помощью прибора Sphygniocor с нормировкой САД и ДАД по Короткову и давление посредством спирокардиоарте-рноритмографа С АКР 2.

При изучении СРПВ у детей исследуемая группа состояла из 50 детей в возрасте от 4 до 7 лет которым проводилась плановая аденотомия под контролем эндоскопа. Все больные имели одинаковый протокол анестезии: пары соворана в потоке N20:0 2:1 аппаратным способом по эидотрахеальной методике с предшествующей внутримышечной премодикацней. Прсмедикация осущест влялась за 30 минут до анестезии и включала атропин (0,01 мг/кг) и диазепам (0,3 мг/кг).

Сравнительный анализ СРПВ д. ¡и выборки молодых люден и возрасте от 18 до 21 года и лиц пожилого возраста от 61 до 87 лет проводился на двух группах испытуемых, первую составили 14 здоровых мужчин в возрасте 18 23 лет (средний возрас т 19,2 года), во вторую 31 мужчина более старшего во -.рапа от 30 до 82 лег {средний возраст 00.5 лет) без признаков хронической патологии.

3. Результаты исследования

3.1. Исследования на лабораторных животных

В экспериментах на животных «сего было обследовано 82 крысы. Для каждой из полученных усреднённых по циклу «начало систолы - начало следующей систолы» кривых АД рассчитывался спектр. Фурье-аиализ для каждой из кривых даёт массив, состоящий из комплексных чисел, той же размерности, что и длина усреднённой кривой. Для расчётов использовались гармоники с частотой от 0 до СО Гц. Значение САД в серии измерений АД для крыс до воздействий биологически активных веществ и изменения О ЦК в сонной артерии составляло 151).9±16,7 мы рг.сь. в бедренной артерии 140,1 ±21,1 мм р¡.п.. Значения ДАД составляли в сонной артерии 98,9±16,5 мм рт.ст., в бедренной артерии 9б.8±18,8 мм рг.ст.. Длительность цикла «начало систолы - начало следующей систолы» составляла 173.2±19, 2 миллисекунд, что соответствует ЧСС 5,6±0,6 Гц (или 374±39 сокращений и минуту). На Рис. 1 представлены спектры амплитуд и сдвига фаз для сигналов давления в сонной и бедренной артериях.

1000 еоо I еоо

! 400 200 о,

30 40 (Гц)

I:

\

1-

ш

(Гц)

Рис. 1. Спектр амплитуд и спектр сдвига фаз сигнача полки АД в сонной «¡перин (круглые точки) и АД в бедренной .¡¡ртерпи (перекрестья).

Для дальнейших расчётов, в том числе расчёта давления в аорте по данным периферического давления, использовалась уПФ. рассчитанная из индивидуальных ПФ, рассчитанных для нормальных условий. Для спектра амплитуд каждая из гармоник уПФ рассчитывается как среднее арифметическое соответствующих гармоник индивидуальных ПФ. По такому же принципу был рассчитан спектр сдвига фаз уПФ. Спектр амплитуд и спектр фаз уПФ представлены на Рис. 2

•1-+Р

»•Ч.

О 10 20 30 40 50 60 Частота ( Гц)

0 10 20 30 40 50 Частота (Гц)

Рис. 2. Усреднённая ПФ для участка «аорта бедренная артерия».

4. Применение уПФ для расчёта волны системного АД.

Для расчёта формы волны системного АД на основании измеренного АД в бедренной артерии необходимо произвести операцию обратную расчёту уПФ. Расчёт амплитуд и сдвига фаз для спектра сигнала системного АД производится по формулам 1 и 2

еп1га1 АР, етога!)

аЬз( РТ (А Р№п))

(1,1)8 ( РТ ( А Р}етого1) )

ТРрШеХАРсемгы АР{етогв1) = апфе{РТ(АРсеМт1)) -...

... - апд! Ч( /•"/'(АР/епип-Ы))

(1) (2)

, где ТРаьа(АРеетга1 —> АР,елпогах) - отношение амплитуд для уПФ, '/'/>„,Л'.!/';,,,АР;епюга1) разность фаз для уПФ. аЬ*(Р Г {ЛРа ,,„.„,)) спектр амплитуд сигнала системного АД, аЬз(РТ(АР^.шогы)) спектр амплитуд сигнала АД в бедренной артерии. апд1е(РТ(АРа,п1гП1)) спектр фаз сигнала системного АД, angle{FT{APfemarttl)) спектр фаз сигнала АД в бедренной артерии. Так из спектра сигнала формы волны АД в бедренной артерии при пересчёте с использованием уПФ мы получили спектр сигнала

системного АД. Для рассчитанного спектра формы типы системного АД, после проведения операции обратного преобразования Фурье, рассчитывалась форма волны системного АД.

Статистические данные но рассчитанным кривым представлены в Таблице 1. Корреляция форм кривых АД, полученных в ходе прямого измерения и восстановленных с использованием уПФ, по всей выборке исследованных животных составляет 0,94 ±0,04.

Таблица 1. Значения САД и ДЛД для кривых системного АД, полученных прямым из-

Состоя ипе САД (мм реп.! ДАД (мм рг.ем

До и< одейс гвм я 113,3 ±21.6 143,3 ±21,0

Расчёт с йен. уПФ 141,3 ±32,4 93,1 ±20,(5

5. Изменения уПФ при введении биологически активных веществ и изменениях объёма циркулирующей крови.

5.1. Динамика уПФ на фоне введения адреналина.

Введение адреналина приводило к росту САД, ДЛД и пульсового давления, атак же к росту ЧСС. В Таблице 2 приведены данные САД и ДАД до введений для всех трёх введений. Скорость распространения пульсовой волны не менялась в ходе введений и составляла 12,7±2Д м/с.

Таблица 2. САД а ДАД дм систелтого АД н АД в бедренной артерии до введения адреналина, для каждого и.} введений. _

Систолическое АД (мм рт.ст.)

Системное АД 149.2 ± 12.5 153.8 ± 13.8 157.6 ± 17.5

Периферическое 118,6 ± 19,9 126,9 ± 17.6 133,3 ± 16,4

Дпастолическое АД (мм рт.ст.)

Сипемиое АД 76.3 ± 15.4 81.4 ± 15.0 83,8 ±11,1

Периферическое АД 62,8 ± 18,7 68,0 ± 18,4 72,9 ± 19,8

Для каждого введения адреналина для каждой из крыс производился расчёт индивидуальной ПФ. Затем был произведён расчёт уПФ для каждого введения адреналина аПФ1, аПФ2 и аПФЗ для первого, второго н третьего введений, соответственно. Полученные в результате расчётов уПФ для введения адреналина представлены па Рис. 3.

Сравнение рассчитанных значений АД в сонной артерии при использовании уПФ и аПФ1, аПФ2 и аПФЗ представлены в Таблице 3. Корреляция

"20 10 20 30 10 50 60 Частота (ГЦ)

Рис.. 3. Динамика ПФ на фоне ведения адреналина. Чёрная линия с круглыми точками уПФ, серые линии первое введение адреналина (аПФ1), второе введение адреналина (аПФ2) и третье введение адреналина (аПФЗ).

для кривых АД, рассчитанных с использованием уПФ, составляет 0.94±0;02 для первого введения и 0,93±0,02 для второго и третьего введения. Для кривых системного АД, рассчитанных с использованием аПФ1, корреляция составила 0.97±0,02, с использованием аПФ2 и аПФЗ корреляция составила 0.95±0.02.

Таблица "У. Данные прямого измерения после введения адреналина и данные, рассчитанные с использованием уПФ и ПФ. соответствующим каждому ш введений адреналина _(аПФ1, аПФ2 и аПФЗ)._

Систолическое АД (мм рт.ст.)

Измеренное 157.6 ± 1-1,4 153,4 ± 13,1 150,3 ± 9,5

Рассчитанное с йен, уПФ 150,3 ± 22,2 154,2 ± 22,3] 155.3 ± 15.6

Рассчитанное с иен. ПФ для адреналина 154,5 ± 20,0 155,4 ± 18,5 152.8 ± 11.8

Диастолическое АД (мм рт.ст.)

Измеренное 77,1 ± 14.5 77,7 ± 14,7 76,7 ± 13,9

Рассчитанное с иен, уПФ 78.8 ±11.4 79,6 ± 14,7 76,7 ± 13,9

Рассчитанное с иен. ПФ для адреналина 78,8 ± 8,2 80,6 ± 13,1 78,3 ± 12,5

5.2. Динамика уПФ на фоне введения нитропруссида натрия.

Первое введение нитропруссида натрия приводило к незначительному росту системного АД, для второго и третьего введения давление осталось практически неизменным (см. Таблица 4). Рассчитанные из измеренных данных индивидуальные ПФ для каждого из введений, для первого введения пПФ1, для второго нПФ2 и нПФЗ для третьего введения. На Рис. 4 представлены ПФ для каждого из введений и уПФ для нормальных условий. ВХПВ и, следовательно, СРПВ оставались на одном уровне до введения препарата и после него.

Таблица 4■ САД и ДАД для. системного АД и АД в бедренной артерии до введения пит-

Систолическое АД (мм рт.ст.)

Системное АД 145,5 ± 20,3 150.4 ± 14,3 119.7 ± 13.8

Периферич некое АД 122.9 ± 24,0 123.2 ± 11,7 134.2 ± 18,9

Диастолнческое АД (мм рт.ст.)

Системное АД 90.9 ± 17.4 94.8 ± 14.1 95.3 ± 15.3

Периферическое АД 78,1 ± 23,9 75,7 ± 13,3 85,7 ± 21,9

11

20 30 40 Частота (Гц)

6 9*-*.

0 10 20 30 40 50 60 Частота (Гц!

Рис. 4- Динамика ПФ на фоне ведения нитропруссида натрия. Чёрная линия с круглыми точками уПФ, серые линии первое введении нитропруссида натрии (нПФ1), второе введение нитропруссида натрия (нПФ2), третье введение нитропруссида натрия (нПФЗ).

' Статистика для массива полученных значений системного АД приведена в Таблице 5. Совпадение ПФ. рассчитанных для каждого из введений с уПФ, обусловило, как совпадение абсолютных значений САД и ДАД для рассчитанных пульсовых кривых системного АД, так и высокую корреляцию полученных сигналов давления (0,90 ± 0,3 для уПФ, нПФ1, пПФ2 и нПФЗ).

Таблица 5. Данные прямого измерения после, введения нитропруссида натрия и данные, рассчитанные, с использованием уПФ и ПФ, соответствующим каждому из введений нитропруссида натрия (нПФ1, нПФ2 и нПФЗ).

Систолическое АД (мм рт.ст.)

Измеренное 148,7 ± 20.0 118.fi ± 10,2 148.3 ± 13,5

Рассчитанное с иен, уПФ 147,0 ± 25,0 117.8 ± 21,9 147,6 ± 18.1

Рассчитанное с пси, ПФ для нитропруссида 144,0 ± 25,1 146,2 ± 20,0 147,4 ± 17,6

Диастолнческое АД (мм рт.ст.)

Измеренное 95.5 ± 19.5 95,3 ± 12,9 96,5 ± 13,3

Рассчитанное с иен, уПФ 94.9 ± 2-1.6 94,4 ± 18,3 95,9 ± 18,9

Рассчитанное с иен, ПФ для нитропруссида 97,1 ± 25,1 95,8 ± 18,5 97,7 ± 19,1

5.3. Динамика уПФ при нагрузке объёмом.

Данные но САД н ДАД для центрального АД и периферического АД на фоне нормоволюмичеекого введения нолиглюкнна представлены и Таблице 6. Для нолиглкжина. в отличие от адреналина и нитронруссида, проводилось две иифузии. после чего производилось умерщвление крысы. При этом заметно, что в отличие от ¡¡ведений адреналина и нитронруссида САД и ДАД на периферии и в центральных сосудах от введения к введению достоверно (более 10% от исходного значения) возрастают. Рассчптапные ПФ для каждою из введений полиглюкина (для первого введения пПФ1, для второго пПФ2) представлены па Рис. 5, так же приведена динамика СРПВ на фоне каждого из введений полиглюкина.

Таблица 6. САД а ДАД для системного АД и АД в бедренной артерии до жьдения по-лиглюкинп. д.ы каждого из (¡ведений.

Систолическое АД (мм рт.ст.)

Системное АД 140,9 ± 19,2 155,9 ± 11,0

Периферическое АД 118,9 ± 3,7 140,2 ± 24,1

Диастолическое АД (мм рт.ст.)

Системное АД 83.1 ± 15.7 98,8 ± 17.4

Периферическое АД 73.6 ± 15,7 89,6 ± 19,4

II.

(Гф

40 50

16,

! 12 ; 'о 8 -

I1"!-

тттт

пи

а « а

О 10 20 30 40 50 60 Частота (Гц)

Рис. 5. Изменение ПФ (левый) и СРПВ (правый) на фоне введения нолиглкжина. (левый) Линия с точками уПФ, линии с перекрестьями первое введение нолш люкина (нПФП п второе введение полиглюкина (н11Ф2).

Количественные данные для массива рассчитанных значении АД приведены в Таблице 7. Корреляция формы волны измеренного системного АД и формы волны АД. рассчитанной с использованием уПФ. составила 0.89 ± 0,04 для первого введения и 0,9 ± 0,04 для второго, корреляция для данных, рассчитанных с использованием пПФ1, составила 0,94 ± 0.04 и 0,95 ± 0,03 для пПФ2.

Таблица 7. Данные прямого измерения после введения полиалткина, данные, рассчитанные, с. использованием цПФ, и данные, рассчитанные с использованием пПФ1 и пПФ2.

Систолическое АД (мм рт.ст.)

Измеренное 16-1,4 ± 1-4,6 168.7 ± 10,1

Рассчитанное с йен, ПФ для нолитлюкина 159,1 ± 12,1 161,3 ± 10,3

Рассчитанное с иен. уПФ 189,1 ± 17.8 198,3 ± 12.8

Диастоличеекое АД (мм рт.ст.)

Измеренное 116,5 ± 9,7 118,1 ± 8,2

Рассчитанное с иен, ПФ для полиглгокина 118,2 ± 10,3 120,2 ± 7,4

Рассчитанное с нсн, уПФ 131,0 ± 10,9 134,0 ± 8,3

5.4. Динамика уПФ в условиях кровопотери.

Данные об изменении САД и ДАД на фоне первой и второй кровопотери приведены в Таблице 8. Несмотря на падение давления при каждой кровопотере, видно, ч то давление перед вторым введением возрастает по отношению к норме. ЧСС до первой кровопотери составляла 10.9±1,6 Гц, до второй 12,5±1.1 Гц.

Таблица 8. САД и ДАД дм системного АД и АД в бедренной артерии до кровопотери до 11% , для первого и второго эпизода кровопотери.

Систолическое АД (мм рт.ст.)

Системное АД 139,8 ± 8,6 148,1 ± 7,6

Периферическое АД 132,8 ± 17,0 149,6 ± 7,5

Днастолическое АД (мм рт.ст.)

Системное АД 100,4 ± 10,5 108,5 ± в,5

Периферическое АД 89.5 ± 9,1 97,5 ± 9.2

Для каждой из крыс, уПФ, рассчитанные для каждого из эпизодов кровопотери до 11% (для первого введения - клПФ1, для второго - клПФ2). представлены на Рис. б. Изменение клПФ1 и клПФ2 от уПФ не имеет выраженных частотных пиков, аналогичных тем, что наблюдались для иПФ1 и пПФ2. Так же можно отметить, что пПФ1 и пПФ2 практически совпадали, что клПФ1 и клПФ2 отличаются друг от друга и эти отличия сравнимы с отличием каждой из ПФ, рассчитанных для кровопотери, от уПФ.

Данные о СРПВ представлены на Рис. б. Из представленных данных видно, что после каждой кровопотери до 11% происходит уменьшение СРПВ с 12,2 ± 1,4 (м/с) до 10,3 ± 1,1 (м/с) в случае первой кровопотери и с 13,3 ± 1,2 (м/с) до 11,0 ± 1,2 (м/с) в случае второй кровопотери до 11%. Таким образом, можно говорить об уменьшении СПРВ после каждого из введений

Отношение амплитуд

чина- возрастания ЧСС так же заключается в том, что н условиях понижения объёма циркулирующей крови необходимо поддерживать газообмен тканях организма. Несмотря увеличенный (по отношению к кровопотере до 11%) объём кровопотери, ЧСС при кровопотере от 10% до 22% изменяется в тех же .диапазонах, что и при кровопотере до 11%.

Таблица 10. САД и ДАД для системного АД и АД в бедренной артергт до кровопотери

Систолическое, АД (мм рт.ст.)

Системное АД 131.5 ± 12.5 158,7 ± 4,0

Периферическое АД 114,3 1: 19,0 165,0 ± 3,5

Диастоличеекоп АД (мм рт.ст.)

Системное АД 79,5 ± 15.6 114.9 ± 3.2

Периферическое АД 70*4 ± 17,6 100.6 ± 2,9

Усреднённые ктПФ! и ктПФ2, рассчитанные для двух этапов кровопотери о г 16% до 22%, представлены на Рис. 7. Мы видим., что изменение ПФ для кровопотери от 16%; до 22%, качественно схоже с изменением ПФ для кровопотери до 11%. Для кровопотери от 16% до 22%, как и для кровопотери до 11%, ктПФ.1. соответствую [цая первой кроной* и ере. сильнее сдвинута относительно уПФ. чем ктПФ2, соответствующая второй кровопотере.

* з,

Ъ

16:--5«

1«

& 1С о

Ч астата (Гц)

8

о. _

.к

Ш!

Частота 'Гц)

Рис. 7. Изменение ПФ (левый) и СРПВ (правый) на фоне кровопотери от 16% до 22%. (левый) Линия с точками уПФ, .пиши е перекрестьями первый <шпэод кровопотери (кх11Ф1) и шорой типод кровопотери (кт11Ф2).

Коэффициенты корреляции формы волн:,], полученной в результате прямого измерения, и кривой, рассчитанной с использованием уПФ, составляет 0,91 ± 0,05 для первой кровопотери и 0,91 ± 0,02 для второй кровопотери. Корреляция с кривой, рассчитанной с: использованием ктПФ1. составляет 0,94 ± 0,04, для второго введения, т.е. при расчёте с использованием ктПФ2.

корреляция составила 0,96 ± 0,01. В Таблице 11 приведены данные САД и ДАД для рассчитанных кривых АД.

Таблица 11. Данные прямого измерения после, кроптютери от 16% до 22%, данные, рассчитанные с использованием уПФ и ПФ, ри:считанной для каждой кровонотери (ктПФ1

и ктПФ'З).

Систолическое АД (мм рг.сх.)

Измеренное 75,4 ± 25,0 98,4 ± 29,8

Рас-считаниое с йен, ПФ для кроноиотери от 16% до 227с 71,9 ± 17,1 92.8 ± 26.2

Рассчитанное с иен, уПФ 57,0 ± 12,3 76,1 ± 21,4

Диастоличсское АД (мм рт.ст.)

Намеренное •10,6 ± 1,1 43.4 ± 8.2

Рассчитанное с иен, ПФ для кровонотери ох 16% до 22% 41,9 ± 9,8 44,4 ± 13,3

Рассчитанное с пси, уПФ 38,1 ± 9,1 41,3 ± 12,5

6. Исследования, проведённые на добровольцах.

Основной целью данной части исследования было изучение возможности применения уПФ для расчёт системного АД на основании данных измерения АД прибором БрЬ^^тосог. а так же применение данного метода для расчёта формы волны АД в лучевой артерии и аорте на основании формы волны и абсолютных значений АД, измеренных на пальцевой артерии прибором САКР 2. Для расчёта индивидуальных ПФ брались гармоники до 10 Гц. На Рис. 8 представлены ПФ для каждою пациента из исследуемой выборки п уПФ для участ ка «аорта лучевая артерия». Расчёт уПФ для участка «лучевая артерия пальцевая артерия» проводился аналогично расчёту уПФ для участка «аорта лучевая артерия».

На основании непрерывной записи формы волны периферического АД на пальцевой артерии, последовательно применяя ПФ «лучевая артерия пальцевая артерия» и уПФ «аорта лучевая артерия» и на основании непрерывной записи формы волны периферического АД на лучевой артерии применяя уПФ «аорта лучевая артерия», можно произвести расчёт формы волны системного АД.

2 3 4 5 6 7 Частота (Гц)

0 1 2 3 4 5 6 7 Частота (Гц)

Рис. 8. ПФ для участка «аорта лучевая артерия», экспериментальные данные (перекрестья) н рассчитанная уПФ (сплошная линия).

3 4 5 6 7 Частота (Гц)

3 4 5 6 7 Частота (Гц)

Рис. 9. ПФ для участка «лучевая артерия пальцевая артерия», экспериментальные данные (перекрестья) и рассчитанная уПФ (сплошная линия).

Результаты расчёта формы волны и абсолютных значений системного АД на основании данных полученных па лучевой и пальцевой артериях представлены в Таблиц«; 12. При этом корреляция формы волны сигналов давления. рассчитанных различными методами на основании данных полученных на различных сосудах (лучевой артерии или пальцевой артерии), составляет 0,05 ± 0,02 .

Таблица 12. САД и ДАД для, системного АД рассчитанного раяличнъши способами.

САКР уПФ ЗрЬу^тосог ЭрЬурпосог

САД (мм рт.ст.) 146 ± 8 124 ± 5 124 ± 4

ДАД (мм рт.ст.) 117 ± 8 96 ± 6 97 ± 5

Предложенный в работе алгоритм расчёта СРПВ для участка сосудистого русла "аорта пальцевая артарня" позволяет на основании синхронной записи ЭКГ и формы волны давления на пальцевой артерии рассчитать время хода пульсовой волны, а, следовательно, зная длину участка сосудистого русла, и СРПВ. Полученная таким образом величина СРПВ показала высокую корреляцию с величиной СРПВ рассчитанной на основании двух

записей давления в сонной и бедренной артериях, а так же с А типом и С-типом пульсовой волны, характерными для пожилых и молодых субъектов, [»ответственно.

7. Выводы.

1. Метод уПФ может использоваться для расчёта формы волны и абсолютных значений системного АД на основании непрерывной регистрации данных параметров в периферических артериях па фоне стабильной гемодинамики.

2. Кроволотеря и нагрузка объёмом приводят к значимым изменениям СРПВ, в этих условиях применение метода уПФ не является оправданным как вследствие неприменимости математического аппарата метода ПФ, так и вследствие высокой ошибки расчётных данных по сравнению с данными 11ря м ых измерен и й.

3. Применение метода уПФ является оправданным в условиях, когда величина СРПВ находится в пределах физиологической нормы.

4. Метод разгруженной артерии но Пеньязу пригоден для адекватною расчёта величины системного АД с использованием ПФ.

Список работ, опубликованных по теме диссертации. СТАТЬИ:

1. Верлов H.A., Леонова И.А., Хомич М.М., Ремизов C.B., Ланда С.Б. Информативность показателя скорости распространения пульсовой волны, определенною посредством анализа синхронной записи электрокардиограммы и волны давления /,/Вестн. восстановит, медицины. 2010. .V-' 4. С. 22-23.

2. Верлов H.A., Леонова И.А., Хомич М.М., Линьков В.И., Ремизов C.B. Показатели гемодинамики у детей в раннем послеоперационном периоде после аденотомии // Российская оториноларингология. 2011. G. С. 89-93.

3. Верлов H.A., Балуева Т.В., Еркудов В.О., Ланда С.Б., Пуговкип А.П., Сергеев В.И. Оценка параметров системной гемодинамики но данным исследования периферических сосудов// Регионарное кровобращение и микроциркуляция. 2011. №2. С. 79-84.

ТЕЗИСЫ:

1. В ер лов H.A.. Балуева Т.В.. Еркудов В.О. и др. Биофизическая оценка параметров системной гемодинамики // XXI съезд физиологического общества имени И.П. Павлова. Москва Калуга, 2010. С.

2. Верлов H.A., Балуева Т.В., Еркудов В.О. и др. Неинвазивный метод оценки величины сердечного выброса // Всероссийская конференция с международным участием «Механизмы регуляции физиологических систем организма в процессе адаптации к условиям среды». Санкт Петербург, 2010. С. 2G.

3. Верлов H.A., Леонова И.А., Хомич М.М.. Ремизов C.B. Показатели гемодинамики у детей при малых оперативных вмешательствах на: ЛОР органах // Материалы научно-практической республиканской конференции "Актуальные вопросы детской оториноларингологии". Витебск: ВГМУ, 2010. С. 148-153.

4. Верлов H.A., Еркудов В.О. Применение метода артериоритмографии для оценки сердечного выброса // "Механизмы адаптации физиологических систем организма к факторам среды" Конференция молодых учёных посвященная 85-летию со дня основания Института физиологии им. И. П. Павлова. Санкт Петербург, 2010. С. 40.

5. Верлов H.A., Леонова И.А., Хомич М.М., Ремизов C.B. Скорость распространения пульсовой волны в оценке гемодинамики у детей при малых оперативных вмешательствах на ЛОР органах // Материалы Российского форума «Педиатрия Санкт-Петербурга: опыт, инновации, достижения. 22-23 сентября». Санкт-Петербург, 2011. С. 96 101

6. Верлов H.A., Еркудов В.О., Федосенко Н.Г. Неинвазивный метод оценки параметров системной гемодинамики у здоровых людей и в остром эксперименте // ^Международный конгресс «Санкт- Петербургские научные; чтения 2011». Санкт Петербург, 2011. - С. 353

7. Верлов H.A., Еркудов В.О., Федосенко Н.Г. Неинвазивный метод оттенки системного артериального давления в остром эксперименте при введении вазоактивиых препаратов и нагрузке объёмом /7 XV Юбилейная всероссийская медико-биологическая конференция молодых исследователей (с международным участием) "Фундаментальная наука и клиническая медицина человек и его здоровье". Санкт-Петербург, 2012. С. 103- 104

8. Верлов H.A., Пугоцкин А.П., Еркудов В.О. и др. Оценка системного артериального давления на данным исследования периферических сосудов при моделировании острой кровопотери // VIII Всероссийская конференция с: международным участием «Механизмы функционирования висцеральных систем». Санкт-Петербург, 2012.

Подписано в печать 24.09.2013 Печать трафаретная Усллыт. -1 Заказ №934 Тираж: 100 экз. Типография «Копицентр» Санкт-Петербург, пл. Сточек д.4 (812)438-38-09

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Верлов, Николай Александрович, Санкт-Петербург

Федеральное государственное бюджетное учреждение ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им. Б.П.Константинова Отделение молекулярной и радиационной биофизики

л / л л у! -г ¿") О А / у 4 и ; ¿Ос. Ои

Верлов Николай Александрович

НЕИНВАЗИВНАЯ ОЦЕНКА ФОРМЫ ВОЛНЫ СИСТЕМНОГО АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ПО ДАННЫМ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ

СОСУДОВ

Специальность: 03.03.01 - «Физиология» Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: Доцент, доктор биологических наук Пуговкин А. П.

Санкт-Петербург 2013

Оглавление

Введение................................... 6

Глава 1. Обзор литературы......................... 12

1.1 Развитие математических методов описания артериальной механики ............................... 12

1.2 Методы измерения АД...................... 15

1.2.1 Пальпаторные методы................... 16

1.2.2 Аускультативные методы................. 16

1.2.3 Осциллометрический метод................ 19

1.2.4 Метод Пеньяза....................... 20

1.2.5 Тонометрия......................... 22

1.2.6 Выбор участка сосудистого русла для измерения АД . 23

1.3 Анализ формы волны АД .................... 25

1.3.1 Анализ формы волны системного АД ......... 27

1.3.2 Индекс прироста...................... 30

1.3.3 Индекс прироста и скорость распространения пульсовой волны............................ 33

1.4 Факторы, влияющие на форму волны АД........... 35

1.4.1 Факторы, влияющие на форму волны АД ....... 35

1.4.2 Эффекты обусловленные образом жизни........ 38

1.4.3 Патологические состояния, влияющие на форму волны давления.......................... 39

Глава 2. Материалы и методы....................... 43

2.1 Измерение давления........................ 43

2.1.1 Измерение давления тензометрическим датчиком ПДП-

400 .............................. 43

2.1.2 Измерение давления манжеточным датчиком САКР-2

по методу Пеньяза..................... 43

2.1.3 Измерение давления апланационным тонометром БрЬ^^тоСог ........................ 46

2.1.4 Погрешности окклюзионных методов измерения АД . 48 2.2 Математические методы..................... 51

2.2.1 Преобразование Фурье.................. 51

2.2.2 Математическое описание проводящих свойств сосудистого русла......................... 52

2.2.3 Метод передаточных функций.............. 55

2.2.4 Расчёт уПФ на основании экспериментальных данных 56 Глава 3. Оценка параметров системной гемодинамики в остром эксперименте.................................. 59

3.1 Описание острого эксперимента на животных......... 59

3.2 Первичный анализ формы волны АД.............. 63

3.3 Результаты расчёта уПФ для острого эксперимента...... 65

3.4 Применение уПФ для расчёта волны системного АД..... 66

3.5 Изменения уПФ при введении биологически активных веществ

и изменениях объёма циркулирующей крови.......... 68

3.5.1 Введение биологически активных веществ, нагрузка объёмом и кровопотеря..................... 69

3.5.2 Динамика уПФ на фоне введения адреналина...... 75

3.5.3 Динамика уПФ на фоне введения нитропруссида натрия. 79

3.5.4 Динамика уПФ при нагрузке объёмом.......... 83

3.5.5 Динамика уПФ при кровопотере до 11%........ 87

3.5.6 Динамика уПФ при кровопотере от 16% до 22% .... 90 Глава 4. Оценка параметров системной гемодинамики в исследованиях

на добровольцах............................. 97

4.1 Расчёт системного АД на основании измерений Sphygmocor и САКР2................................ 97

4.1.1 Результаты измерения АД у добровольцев........ 97

4.1.2 Результаты расчёта АД в лучевой артерии по данным записи формы волны ПД в пальцевой артерии.....104

4.1.3 Результаты расчёта системного АД по данным записи формы волны АД в пальцевой артерии.........106

4.2 Оценка эластичности сосудистого русла на участке «аорта -

пальцевая артерия».........................110

4.2.1 СРПВ на участке «аорта - пальцевая артерия» для детей..............................113

4.2.2 СРПВ на участке «аорта - пальцевая артерия» для молодых людей и лиц пожилого возраста..........115

Глава 5. Обсуждение результатов......................118

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.........................128

Список обозначений

В работе используются следующие обозначения: АД - Артериальное давление

аПФ - Передаточная функция, рассчитанная для введения адреналина ДАД - Диастол и ческое артериальное давление

клПФ - Передаточная функция, рассчитанная для кровопотери до 11% ктПФ - Передаточная функция, рассчитанная для кровопотери от 16% до 22%

нПФ - Передаточная функция, рассчитанная для введения нитропруссида ОСИ - Обобщённый системный импеданс

нПФ - Передаточная функция, рассчитанная для введения иолиглюкина

(нагрузка объёмом)

ПФ - Передаточная функция

САД - Систолическое артериальное давление

уПФ - Усреднённая передаточная функция

ЧСС - Частота сердечных сокращений

ЭКГ - Электрокардиограмма

Введение

Актуальность темы диссертации. Измерение формы волны системного артериального давления (АД) приобретает всё большую значимость при диагностике и оценке динамики лечения ряда патологий сердечно - сосудистой системы. Возможности неинвазивных методов измерения АД ограничены периферическими участками сосудистого русла, а использование прямых методов измерения АД в большинстве случаев не представляется возможным. Развитие методов математического моделирования и рост мощностей современных вычислительных систем позволяют в режиме реального времени производить обработку результатов измерения АД для периферических участков сосудистого русла и рассчитать форму волны и абсолютные значения системного АД.

В настоящее время наиболее широко применяемым методом, используемым для расчёта системного АД, является метод усреднённой передаточной функции (уПФ). По сути, уПФ позволяет связать спектр сигнала периферического АД со спектром сигнала системного АД и, таким образом, позволяет производить расчёт формы волны системного АД при имеющейся записи формы волны периферического АД. уПФ является характеристикой участка сосудистого русла началом которого является аорта, а окончанием -периферический участок сосудистого русла, на котором производится измерение АД (чаще всего неинвазивными методами). Несмотря на недостатки метода уПФ, являющиеся результатом усреднения по популяции, а так же допущений сделанных при построении модели, обусловливающей применимость самого подхода, существует множество подтверждений адекватности результатов, полученных с его использованием, в сравнении с результатами прямых измерений. Отсутствие критериев, позволяющих оценить применимость метода уПФ в каждом конкретном случае, является одним из основных недостатков метода.

Цель исследования - разработка и совершенствование метода функциональной диагностики и мониторинга состояния системной гемодинамики по данным неинвазивного исследования периферических артериальных сосудов.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

1. Изучить возможность использования метода. уПФ для расчёта формы волны и абсолютных значений системного АД на основании непрерывной регистрации данных параметров в периферических артериях на фоне стабильной гемодинамики.

2. Оценить применимость метода уПФ на фоне динамических процессов протекающих в сердечно - сосудистой системе после введения фармакологических агентов и изменений объёма циркулирующей крови (ОЦК).

3. Определить граничные условия применения метода уПФ для расчёта формы волны и абсолютных значений системного АД на основании измерений АД в периферических участках сосудистого русла.

4. Исследовать применимость данных, полученных при измерении давления методом Пеньяза, в качестве исходных при расчёте формы волны и абсолютных значений системного АД с использованием аппарата уПФ. Сравнить полученные результаты с методами, применяемыми в современных клинических исследованиях.

Научная новизна работы. Впервые применен метод уПФ для расчёта формы волны и абсолютных значений системного АД на основании измеренного АД в бедренной артерии у крыс линии Вистар. Было показано. что использование уПФ «аорта - бедренная артерия» у крыс линии Вистар позволяет с высокой точностью рассчитать форму волны системного АД и его абсолютные значения.

Было исследовано влияние гемодинамических параметров, таких как, систолическое давление (САД), диастолическое давление (ДАД), частота

сердечных сокращений (ЧСС) и скорость распространения пульсовой волны (СРПВ), на применимость метода уПФ. На фоне введения вазоактивных фармакологических агентов и изменения ОЦК наблюдались изменения ге-модинамических параметров. Было показано, что изменение САД. ДАД и ЧСС в физиологическом диапазоне (до 15% ) на фоне стабильной СРПВ не проводит к изменению уПФ и, следовательно, метод уПФ может применяться для расчёта формы волны и абсолютных значений системного АД на основании данных АД в бедренной артерии на фоне этих изменений. Данные о применимости метода уПФ на фоне изменения величин САД, ДАД и ЧСС полученные нами в опытах на животных хорошо согласуются с аналогичными исследованиями, проводимыми на людях. На фоне изменения СРПВ более чем на 10% метод уПФ даёт большие погрешности при расчёте формы волны и абсолютных значений системного АД. что обусловлено, как изменением ПФ относительно уПФ, так и теоретическими ограничениями, связанными с проявлением нелинейных механических свойств системы кровеносных сосудов. На основании полученных экспериментальных данных предлагается использование величины СРПВ в качестве параметра определяющего применимость метода уПФ для расчёта формы волны и абсолютных значений АД на основании АД измеренного в периферических сосудах в каждом конкретном случае.

В исследованиях на добровольцах было показано, что применение метода уПФ к результатам измерения АД методом Пеньяза позволяет рассчитать форму волны системного АД и АД в лучевой артерии. Проведён сравнительный анализ формы кривых системного АД и АД в лучевой артерии рассчитанных методом уПФ на основании измерения АД в пальцевой артерии методом Пеньяза с результатами измерения произведёнными методом апланационной тонометрии на лучевой артерии. В качестве метода определения границ применимости метода уПФ в каждом конкретном случае предложена методика расчёта СРПФ на участке «аорта - пальцевая

артерия» на основании синхронной записи ЭКГ и формы волны АД в пальцевой артерии и показана чувствительность данного метода к изменению жёсткости сосудистого русла.

Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены в учебный процесс на кафедре нормальной физиологии ГБОУ ВПО СПбГПМА Минздравсоцразвития России, использованы при проведении экспериментов в лаборатории кровообращения Института физиологии им. И.П. Павлова РАН. в отделении молекулярной и радиационной биофизики ФГБУ Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН.

На защиту выносятся следующие положения:

1. В условиях стабильной гемодинамики уПФ может использоваться для расчёта системного АД.

2. При переходных процессах в сердечно - сосудистой системе использование метода уПФ возможно в случае сохранения величины СРПВ в пределах характерных для стабильных состояний.

3. Расчёт системного АД из данных непрерывной записи давления полученной методом Пеньяза возможен при использовании уПФ для участка «аорта - пальцевая артерия».

Апробация работы. Материалы работы докладывались на XXI съезде физиологического общества имени И.П. Павлова (Москва-Калуга, 2010), Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы регуляции физиологических систем организма в процессе адаптации к условиям среды» (Санкт-Петербург, 2010), научно-практической республиканской конференции "Актуальные вопросы детской оториноларингологии" и 75-летия кафедры оториноларингологии УО "Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет" (Витебск. 2010), конференции молодых учёных посвящённой 85-летию со дня основания Института физиологии им. И. П. Павлова. (Санкт-Петербург, 2010),

Российском форуме «Педиатрия Санкт-Петербурга: опыт, инновации, достижения. 22-23 сентября» (Санкт-Петербург, 2011), IV Международном конгрессе «Санкт-Петербургские научные чтения-2011» (Санкт-Петербург,

2011), XV Юбилейной всероссийской медико - биологической конференции молодых исследователей (с международным участием) «Фундаментальная наука и клиническая медицина — человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2012). VIII Всероссийской конференции с международным участием, посвящённой 220-летию со дня рождения академика K.M. Бэра «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Санкт-Петербург,

2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК для кандидатских диссертаций, и 8 тезисов докладов.

Личный вклад автора. Основная часть работы выполнена автором самостоятельно. Измерение артериального давления у людей прибором САКР-2 проводилось автором самостоятельно. Измерение артериального давления методом апланационной тонометрии проводились на базе ФГБУ «Федеральный Центр сердца, крови и эндокринологии имени В.А. Алмазо-ва» Министерства здравоохранения Российской Федерации, измерения проводил И.В. Емельянов. Опыты на животных проводились на базе лаборатории физиологии кровообращения Института физиологии им. И.П. Павлова РАН. В проведении опытов на животных принимали участие Балуева Т.В., Еркудов В.О., Пуговкин А.П., Сергеев И.В. и автор исследования. Автор работы самостоятельно разработал алгоритмы обработки полученных данных и произвёл обработку всех полученных экспериментальных данных. Разработка методологии исследования и интерпретация полученных результатов, формулировка цели, задач и выводов данной работы проводилась автором самостоятельно.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы из 99 наименований. Объём диссертации - 138 страниц, включая 42 рисунка, 14 таблиц.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Развитие математических методов описания артериальной

механики

Анализ волн в упругих сосудах в его современном виде, был впервые представлен в работах Дж. Вомерслей |92|. Следует отметить, что большая часть теории была разработана нашим соотечественником И. Громека в 1883 году, включая эффект влияния пристеночной инерции на скорость распространения волны |67]. К сожалению, данная работа была издана на русском языке в известиях Казанского университета, и в силу этого, не могла быть широко доступна большому кругу исследователей. Впоследствии аналогичная проблема была рассмотрена Лэмбом в его заключительной книге "Hydrodynamics"(1879). В своей диссертации Витциг, получил общее решение для скоростных профилей как функции радиуса сосуда для жёстких сосудов. Эта работа так же оказалась практически незамеченной, и его результаты были получены вновь Морганом и Кили |58| и Дж. Вомерслей [911 [901. Основываясь именно на этой работе, начали свои исследования применительно к артериальной механике МакДональд и другие учёные.

Их результаты основываются в первую очередь на том, что уравнение Навье-Стокса линейно для параллельного потока, а именно, V« перпендикулярно и для параллельных потоков и, таким образом, член уравнения, описывающий нелинейное конвективное ускорение в уравнении Навье-Стокса, равен нулю, потому как и - Vu = 0. В таком случае, полученные уравнения решаются с использованием математического аппарата преобразования Фурье. В частности, потоки с периодическими граничными условиями могут быть разложены в ряд гармоник, и в итоге решение будет находиться для полученного разложения.

Важным этапом в развитии механики тока жидкостей в сосудистом русле стало применение электрической аналогии, которая привела к формированию нового взгляда на Windkessel, распространение пульсовой волны вдоль сосудистого русла, был разработан новый метод ныне известный как метод обобщённого импеданса. Этот подход, применительно к сосудистой системе, предполагает, что есть линейное соотношение между давлением и потоком, который можно представить в виде закона Ома, где давление является эквивалентом напряжения, ток крови эквивалентен электрическому току и сопротивление току со стороны сосудистого русла и периферического сопротивления является импедансом. Благодаря использованию этой аналогии электрический RCL контур можно использовать для моделирования сопротивления, емкости и инертных свойств различных участков сосудистого русла.

По словам Милнора |56], "Фурье анализ волн давления и потока... был предложен Франком (1926), развит Апорией (1940) |37| и, наконец, полностью представлен в сердечно-сосудистой физиологии благодаря работам Пурже (1946) |70| Вероятно, первая теория распространения волн давления по сосудистому руслу артерий была предложена Ландсом и Тэйлором |86|.

Разумеется, не случайно, что развитие применения преобразования Фурье в задачах, связанных с артериальной механикой, совпадает с развитием цифровых ЭВМ и появлению методов быстрого Фурье преобразования |25|. Новые вычислительные и алгоритмические средства позволяют произвести полноценный расчёт преобразования Фурье, который р