close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

23.Клиническая физиология кровообращения №4 2006

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Клиническая
физиология
кровообращения
Clinical Physiology
of Circulation
Рецензируемый
научно-практический журнал
Выходит один раз в квартал
Основан в 2004 г.
МОСКВА
4• 2006
НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ì˜‰ËÚÂθ Ë ËÁ‰‡ÚÂθ
çñëëï ËÏ. Ä. ç. ŇÍÛ΂‡ êÄåç
ãˈÂÌÁËfl ̇ ËÁ‰‡ÚÂθÒÍÛ˛ ‰ÂflÚÂθÌÓÒÚ¸
àÑ ‹ 03847 ÓÚ 25.01.2001 „.
ÇÒ Ô‡‚‡ Á‡˘Ë˘ÂÌ˚. çË Ó‰Ì‡ ˜‡ÒÚ¸
˝ÚÓ„Ó ËÁ‰‡ÌËfl Ì ÏÓÊÂÚ ·˚Ú¸ Á‡ÌÂÒÂ̇ ‚ Ô‡ÏflÚ¸ ÍÓÏÔ¸˛ÚÂ‡ ÎË·Ó ‚ÓÒÔÓËÁ‚‰Â̇ β·˚Ï ÒÔÓÒÓ·ÓÏ ·ÂÁ
Ô‰‚‡ËÚÂθÌÓ„Ó ÔËÒ¸ÏÂÌÌÓ„Ó ‡Á¯ÂÌËfl ËÁ‰‡ÚÂÎfl
éÚ‚ÂÚÒÚ‚ÂÌÌÓÒÚ¸ Á‡ ‰ÓÒÚÓ‚ÂÌÓÒÚ¸
ËÌÙÓχˆËË, ÒÓ‰Âʇ˘ÂÈÒfl
‚ ÂÍ·ÏÌ˚ı χÚÂˇ·ı, ÌÂÒÛÚ
ÂÍ·ÏÓ‰‡ÚÂÎË
ĉÂÒ ‰‡ÍˆËË
119049, åÓÒÍ‚‡, ãÂÌËÌÒÍËÈ Ô., 8
çñëëï ËÏ. Ä. ç. ŇÍÛ΂‡ êÄåç,
éÚ‰ÂÎ ËÌÚÂÎÎÂÍÚۇθÌÓÈ
ÒÓ·ÒÚ‚ÂÌÌÓÒÚË
íÂÎÂÙÓÌ ‰‡ÍˆËË (495) 236-92-87
î‡ÍÒ (495) 236-99-76, 236-92-87
E-mail: izdinsob@runext.ru
http: //www.bakulev.ru
ë‚ˉÂÚÂθÒÚ‚Ó Ó „ËÒÚ‡ˆËË Ò‰ÒÚ‚‡
χÒÒÓ‚ÓÈ ËÌÙÓχˆËË èà ‹ 77-16885
ÓÚ 24.11.2003 „.
ᇂ. ‰‡ÍˆËÂÈ ôÂÚÍË̇ ç. Ç.
íÂÎ. (495) 236-92-87
ãËÚ. ‰‡ÍÚÓ, ÍÓÂÍÚÓ
ÄÌÚÓÌÓ‚‡ à. Ç.
äÓÏÔ¸˛ÚÂ̇fl ‚ÂÒÚ͇
ÉÓ·ÛÌÓ‚‡ Ä. Ä.
çÓÏÂ ÔÓ‰ÔËÒ‡Ì ‚ Ô˜‡Ú¸ 17.01.2007
éÚÔ˜‡Ú‡ÌÓ
‚ çñëëï ËÏ. Ä. ç. ŇÍÛ΂‡ êÄåç
119049, Éëè-1 åÓÒÍ‚‡,
ãÂÌËÌÒÍËÈ Ô., 8
ÚÂÎ. (495) 236-92-87
äÎËÌ˘ÂÒ͇fl ÙËÁËÓÎÓ„Ëfl
ÍÓ‚ÓÓ·‡˘ÂÌËfl
2006. ‹ 4. 1–81
ISSN 1814–6910
èÓ‰ÔËÒÌÓÈ Ë̉ÂÍÒ 84549
Главный редактор Л. А. БОКЕРИЯ
Заместители главного редактора
В. А. Лищук
Р. М. Муратов
Ответственный
секретарь редколлегии
Д. Ш. Газизова
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
CONTENTS
Проблемные статьи
5
История и персоналии
Лищук В. А., Бокерия Л. А. Математические модели и методы в интенсивной терапии: сорокалетний опыт. К 50-летию НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН. Часть 3. 1996–2006 годы
History and personalities
12
Обзоры
Мосткова Е. В. Математическая модель сердца
Гофман Я. Б., Магнитский А. В., Поляев Б. А.,
Полунина Н. В., Шостак Н. А. Междисциплинарный метод восстановительного лечения
острого инфаркта миокарда
Чудинов Г. В. Ремоделирование правого желудочка сердца у пациентов с деимплантированными
эндокардиальными электродами для постоянной электрокардиостимуляции
Lischouk V. A., Bockeria L. A. Mathematical models
and methods in intensive care: forty-year experience.
To 50th anniversary of Bakulev’s Scientific Center of
Cardiovascular Surgery. Part 3. 1996–2000
Reviews
26
Клиническая физиология сердца
Бокерия Л. А., Борисов К. В., Шляхто Е. В., Семернин Е. Н., Гудкова А. Я., Прелатова Ю. В. Гипертрофическая кардиомиопатия: клинико-генетические и морфофункциональные параллели
Bockeria L. A., Kuzmin V. I., Kljuchnikov I. V.
Problems of research of rhythms in cardiology
Mostkova E. V. Mathematical model of heart
Clinical physiology of heart
33
Bockeria L. A., Borisov K. V., Shljahto E. V.,
Semernin E. N., Gudkova A. Ja., Prelatova Ju. V.
Hypertrophic cardiomyopathy: clinical-genetic and
morphological functional parallels
39
Gofman Ja. B., Magnitsky A. V., Poljaev B. A.,
Polunina N. V., Shostak N. A. Interdisciplinary
method of regenerative treatment of an acute
myocardial infarction
Chudinov G. V. Remodelling of right ventricle of the
heart at patients with deimplanted endocardial electrodes for a constant cardiostimulation
43
Клиническая физиология
легочного кровообращения
Clinical physiology
of pulmonary circulation
Бодров В. Е., Беляков Н. А., Тюкавин А. И. Варианты легочного кровообращения у больных
ишемической болезнью сердца с синусовым
ритмом и фибрилляцией предсердий
Bodrov V. E., Beljakov N. A., Tjukavin A. I. Variants
of pulmonary circulation at patients with ischemic
heart disease with sinus rhythm and atrial fibrillation
48
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Бокерия Л. А., Кузьмин В. И., Ключников И. В.
Проблемы исследования ритмов в кардиологии
Problems
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Клиническая физиология
почечного кровообращения
Clinical physiology
of renal circulation
Аляев Ю. Г., Чалый М. Е. Оценка почечного
кровообращения после органосохраняющих и
органоуносящих операций у больных почечноклеточным раком
Aljaev Ju. G., Chaliy M. E. Estimation of renal circulations after organ-saving and organ-losting operations at patients with a renal cell carcinoma
55
Клиническая физиология крови
Clinical physiology of blood
Струнин О. В., Горбатых Ю. Н., Шунькин А. В.,
Князькова Л. Г., Полетаева Н. В., Маслова Ю. В.
Роль операционного стресса и искусственного
кровообращения в развитии иммунного воспаления после кардиохирургических операций у
детей первого года жизни
Strunin O. V., Gorbatyh Ju. N., Shunkin A. V.,
Knjazkova L. G., Poletaeva N. V., Maslova Ju.V. Role
of operational stress and cardiopulmonary bypass in
development of an immune inflammation after cardiosurgery at children of the first year of life
62
Методики
и методические разработки
Techniques
and methodical development
Лищук В. А. Реализация математической модели
элементарного сосудистого участка в среде
LabView, ориентированной на кардиохирургическую клинику
Lischouk V. A. The realization of mathematical
model of an elementary vascular site in LabVIEW
environment, oriented on cardiosurgery
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5
ПРОБЛЕМНЫЕ СТАТЬИ
ПРОБЛЕМНЫЕ СТАТЬИ
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2006
УДК 616.1:616.12-008.318
ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ РИТМОВ В КАРДИОЛОГИИ
Л. А. Бокерия*, В. И. Кузьмин**, И. В. Ключников*
Исследования структуры кардиологических
ритмов для диагностики и лечения в настоящее
время достаточно широко представлены как теоретическими результатами, так и практическими
лечебными методами. Освоение новых частотных
диапазонов (например, ультразвукового) привело
к революции и в методах диагностики, и в методах
лечения (например, лазерная терапия).
Сегодня основной особенностью развития исследований в этом направлении является их фрагментарный характер, причем лидирующая роль
отводится создаваемой аппаратуре, с учетом возможностей которой далее идет процесс ее адаптации к потребностям практики. На ранних этапах такая последовательность стадий развития
исследований оказывается эффективной. Ее недостаток состоит во фрагментарности получаемой
информации о характеристиках систем.
Однако к настоящему времени развитие методов измерений позволяет ставить и решать проблему изучения полной системы ритмов во всем
доступном измерениям диапазоне.
Известно, что ритмические аспекты в кардиологии значимо представлены частотами от десятых
Герц до частот ультразвукового диапазона. Но сейчас
в клинической практике широко используются ритмы в окрестности длительности сердечного цикла.
В действительности проблемой является нахождение полной системы ритмов, границ их изменений, соответствующих переходу от нормы
к различным уровням патологии, и методов восстановления нормальных ритмов.
В соответствии с принципом биологического резонанса А. Е. Щербака (1936 г.), нормальная жизнедеятельность организма происходит за счет резонансных взаимодействий с ритмами внешней среды.
Для выяснения системы ритмов рассмотрим механизмы формирования целостных систем в природе.
Модель формирования ритмов
в природе
Проблема ритмического единства мира, сквозных всеобщих взаимосвязей макрокосма и микрокосма в настоящее время продолжает волновать
воображение людей и имеет как своих привержен-
цев, так и противников. Наиболее четко она сформулирована в концепции гармонии сфер Пифагора, в соответствии с которой ритмы космоса, Солнечной системы и человека едины и представимы
в числах, кодирующих состояния коренных качественных изменений свойств систем.
В развитии систем определяющую роль играют
два типа процессов:
– циклически повторяющиеся процессы, характеризующие влияние периодических факторов
для среды и системы, которые формируют последовательность типа арифметической прогрессии,
разность которой есть длительность основного
ритма системы данного уровня иерархии;
– процессы количественного изменения характеристик системы, формирующих геометрическую прогрессию (это цепные реакции в физике,
химии, биологии, закон расширенного воспроизводства в экономике и т. д.).
На основе сопоставления характеристик арифметической и геометрической прогрессий Д. Непер
создал логарифмы [28]. При этом членам арифметической прогрессии с шагом 1/n ставились в соответствие члены геометрической прогрессии с модулем (1+1/n), что до конца единичного диапазона арифметической прогрессии дает величину
(1+1/n)n для геометрической прогрессии. При n→∞
для геометрической прогрессии (при изменении
характеристик системы в соответствии с арифметической прогрессией от 0 до 1) диапазон изменения
геометрической прогрессии будет от 1 до e, так как
lim(1+1/n)n=e,
n→∞
где e=2,718281828... – число Непера, основание
натуральных логарифмов (рис. 1).
0
1/n
2/n
3/n
(1+1/n)0
(1+1/n)1
(1+1/n)2
(1+1/n)3
n/n=1
(1+1/n)n = e
Рис. 1. Сопоставление членов арифметической и геометрической прогрессий по Неперу.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
*Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева (дир. – академик РАМН Л. А. Бокерия)
РАМН, Москва; **Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
6
ПРОБЛЕМНЫЕ СТАТЬИ
В природных системах реализована иерархия
взаимодействующих структурных уровней, порождаемых по представленному выше правилу, где
каждый следующий более высокий уровень имеет
члены предыдущего показателем степени у числа
Непера (рис. 2).
Это означает, что если имеется некоторый процесс развития и интервал этого процесса между
соседними критическими состояниями на первом
уровне принять за единицу, то соответствующая
функция, отражающая количественные изменения характеристик системы в соответствии с геометрической прогрессией на втором уровне, изменится в e раз. В связи с этим можно предположить,
что в процессах развития такое соотношение между последовательными критическими значениями
характеристик системы будет встречаться в развивающихся системах любой природы.
Мы рассмотрели иерархию критических соотношений для процессов, происходящих на различных иерархических уровнях. Можно ожидать,
что критическое явление существенно более сильно проявится, когда несколько критических рубежей различных уровней иерархии будут синхронизированы.
Начнем с установления условий синхронизации процессов, происходящих на 1-м и 2-м уровнях. Первый уровень характеризуется тем, что задает равномерные такты ритмов развития. Это, например, периоды времени между последовательными делениями клеток, являющиеся «метрономом развития» клеточных популяций, последовательность равномерных циклов внешней среды,
определяющих процессы в биосфере, геосфере
и т. п. Равномерные такты аргумента задают цепную реакцию развития, характеризуемую экспоненциальным процессом. Последовательные значения критических величин аргумента для про-
–3
–2
–1
0
1
2
3
n
1-й уровень
e–3
e–2
e–1
e0
e1
e2
e3
en
2-й уровень
ee–3
ee–2
ee–1
e
ee
e e2
e e3
e en
3-й уровень
n-й уровень
Рис. 2. Иерархия критических констант.
ТК
ХК–3
0 1
ТК
ХК–2
ХК–1
e
e2
ТК
ХК
e2,293
Рис. 3. Структура ячейки развития.
ee
e3
цесса экспоненциального типа определяются соотношением
ХK=eХK–1, K= 0, 1, 2, ...,
где XK – значение аргумента в критической точке
с номером К. В случае, если аргументом является
возраст системы, значение характеризует критический возраст (рубеж).
Определим условия, при которых синхронизируются равномерные интервалы (арифметическая
прогрессия) и геометрическая прогрессия с модулем e.
Отсюда – условие синхронизации равномерных интервалов и геометрической прогрессии
с модулем e в рассмотренном случае:
ХK=2eTK/(e–1)=3,164 TK.
Значит, если известна длительность равномерного интервала TK, то положение соответствующих критических рубежей при введенных условиях синхронизации может быть определено. Общая
структура, называемая ячейкой развития, приведена на рисунке 3.
Структура биологических ритмов
В работах В. И. Кузьмина и Н. А. Галуша [18–20]
приводится оценка ритмов самых различных природных объектов: геологической истории Земли,
структуры Солнечной системы, классических архитектурных объектов, музыкальных шкал и пр. В соответствии с моделью развития произведен расчет
шкал критических ритмов, начиная от реликтового
излучения водорода, как базового первоэлемента
Вселенной. Авторы убедительно показали, что расчетные шкалы критических временных значений
совпадают с ритмическими характеристиками указанных природных объектов. Нужно сказать, что
критические значения характеризуют границу изменения качества функционирования объекта.
При анализе биологических объектов выявлены
некоторые интересные особенности. Так, в таблице 1 представлены критические частоты восприятия человеком акустических сигналов [11].
Согласно полученным данным, частоты, реализованные в механизмах восприятия человеком
акустических сигналов, соответствуют критическим расчетным значениям. Согласование положения основных границ с реальными значениями
критических частот восприятия акустических сигналов, может быть, покажется менее удивительным, если вспомнить, что улитка уха человека
имеет форму конусообразной спирали с 2,75 витка
[4], то есть улитка уха состоит из e витков спирали.
Значимое влияние на восприятие музыки оказывает наличие в спектре инфразвуковой частоты,
называемой вибрато. Наиболее благоприятное
впечатление производит вибрато с частотой колебаний 6–8 Гц. Если выбрать более редкое, то создается ощущение «качания» звука, а если частое – «дрожания» [26].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Критические рубежи восприятия человеком
акустических сигналов
Частота,
Гц
8
21,6
Характеристика рубежа
Вибрато, из инфраакустического диапазона;
придает музыке эмоциональную окраску
Начало акустического диапазона 17–22 Гц
59
Конец диапазона самых неприятных
диссонансов
160
Фоновая активность уха при отсутствии
внешнего сигнала
435
Ля первой октавы – основной камертон для
настройки музыкальных инструментов; резкое
повышение чувствительности к восприятию
рассогласования по частоте
1180
Максимальный резонансный пик среднего уха;
локальный минимум порога восприятия
3210
Предел способности слухового нерва следить
за сигналами: абсолютный минимум порога
восприятия; резонансная частота наружного
слухового прохода; максимум семантической
информации на полосу частот
8730
Локальный максимум количества эстетической
информации на полосу частот
23 700
Конец акустического диапазона
Эта частота значимо представлена в самых разных органах и системах организма человека: колебания объемного электрического заряда тела человека, собственная частота колебаний внутренних
органов [30], колебания центра тяжести и головы
[7]. Данная частота известна как оптимальная для
возбуждения симпатических нервов [16] и считается основной в функционировании симпатической нервной системы [31].
Ритмы электрической активности головного
мозга человека [8] характеризуются представленными ниже значениями частот:
– α-ритм (8–13 Гц), причем значение 8 Гц является также границей промежуточной медленной
активности (6–8 Гц) и фазы перестройки ритмов
(4–8 Гц);
– β-ритм (15–30 Гц);
– γ-ритм (35–55 Гц);
– 50–60 Гц – спайк-волны;
– 100–200 Гц – иглоподобные волны.
Таким образом, расчетные частоты представлены в самых различных характеристиках организма
человека:
– 8 Гц – частота колебаний объемного электрического заряда тела человека, частота α-ритма электрической активности головного мозга, частота
спайк-волны, роландического ритма электрической активности головного мозга, собственная частота колебаний внутренних органов человека, частота колебаний центра тяжести тела человека малой амплитуды, колебаний головы: частота колебаний минимального тормозного действия клеток
7
Реншоу на мотонейроны, частота, на которой наблюдаются электрофизиологические и поведенческие эффекты при действии слабых электромагнитных полей, частота, на которой проводится
мышечная гимнастика для тонизирующего воздействия при борьбе с контрактурами, частота
считывания одного знака информации;
– 22 Гц характеризуются началом акустического диапазона, отделяющим инфразвуковую область от акустического диапазона, β-ритмом электрической активности головного мозга;
– 59 Гц – частота электрической сети в США,
характеризуется резким снижением коэффициента потерь энергии, но дает сильные резонансные
воздействия на организм;
– 120 Гц – частота иглоподобных волн электрической активности головного мозга человека
(100–200 Гц), частота импульсации интернейронов (20–130 Гц).
Рассмотрим влияние последовательностей
критических частот при их совместном использовании в процессе воздействия на организм человека на примере аппаратов «электросон» и «электроанестезия» [5].
Первые аппараты «электросон» были выпущены в 1958 г., в них реализованы диапазоны 1–35 Гц
и 60–200 Гц. В аппаратах 1975 г. эти диапазоны стали более узкими: 5–25 Гц и 100–160 Гц. К середине
80-х годов первый диапазон был представлен частотами 5–7 Гц, а второй – 100 Гц. Недостатком этих
приборов являлось напряжение 30–50 В, что приводило к неприятным, болезненным ощущениям
и отсутствию дремотной фазы в общей структуре
вызываемого сна. Экспериментальный образец
с частотами 8 и 120 Гц при напряжении источника
питания 9 В вернул дремотную фазу и ликвидировал болевые ощущения при стимуляции.
Примечателен тот факт, что добавление к частотам, используемым в аппаратах «электросон» [1, 5],
высокочастотного диапазона (20–50 кГц) вызывает
электроанестезию [1, 23].
Отметим, что оптимальные частоты возбуждения симпатических нервов находятся в диапазоне
1–10 Гц, парасимпатических нервов – 25–100 Гц,
диапазон 20–50 Гц вызывает сосудорасширяющий
эффект, а 50–200 Гц – является оптимальным для
двигательных и чувствительных нервов вегетативной нервной системы.
Д. Н. Насонов (1967 г.) в экспериментах на протоплазме показал наличие резонансного эффекта
сорбции красителя при воздействии акустическими сигналами с частотой около 3 кГц [24]. Основываясь на этом, он высказал предположение о том,
что орган слуха, построенный из той же протоплазмы, должен на данной частоте иметь экстремальные характеристики. В самом деле, это частота,
на которой фиксируется абсолютный минимальный порог восприятия акустических сигналов.
Однако из протоплазмы построен не только орган слуха, но и все остальные органы и системы, и,
значит, они тоже обладают резонансными характеристиками относительно этой частоты. На резонансных частотах природных объектов возможны
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
ПРОБЛЕМНЫЕ СТАТЬИ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
8
ПРОБЛЕМНЫЕ СТАТЬИ
эффективные взаимодействия даже при малых
мощностях сигналов.
Эффект синхронизации динамических систем
при слабых связях был открыт Х. Гюйгенсом
(1951 г.), который показал, что маятники, висящие
на одной слабой рейке, будучи пущенными в произвольных фазах, быстро вырабатывают синхронный режим колебаний [9]. Академик Л. И. Мандельштам (1972 г.) показал, что не существует нижнего порога коэффициента связи между маятниками, за которым эффект синхронизации отсутствует [22]. Этот эффект широко используется в технике. Реальность таких механизмов в биологии представлена, в частности, эффектом сверхслабых излучений в межклеточных взаимодействиях [6, 14].
Освоение новых диапазонов частот (длин волн)
приводит к выявлению их воздействий на организм человека. Как правило, технические устройства, имеющие максимальную эффективность по
своему основному предназначению, характеризуются одновременно наибольшим воздействием на
организм человека, занятого его производством
или эксплуатацией. Связано это с тем фактом, что
максимум технической эффективности имеют системы, резонансно согласованные с внешней средой (например, вся дальняя связь использует частоты, определяемые характерными размерами
структур природных сред, в которых распространяются передаваемые сигналы). Эти же частоты
являются резонансными для органов и систем организма человека.
Одним из характерных примеров такого влияния служит внедрение лазерной техники. Исследования показали наличие у работающих с лазерами электроэнцефалографических сдвигов и изменений в функциональном состоянии как корковых, так и глубинных структур головного мозга,
нарушений функций вестибулярного аппарата
у значительной части обследованных лиц [12].
Были выявлены серьезные функциональные расстройства сердечно-сосудистой системы, изменения в системе периферической крови. Представ-
ленные эффекты иллюстрируют результаты неконтролируемого взаимодействия с источниками
излучений. Именно отсюда берет начало проблема вредного влияния мобильных телефонов на человека.
Одновременно эти данные показывают возможность и необходимость использования эффектов резонансных взаимодействий внешних управляющих сигналов для регулирования состояния
человека.
Известно широкое использование в терапевтических целях гелий-неоновых лазеров с длиной
волны 6328 А°, которые являются эффективными
представителями диапазона 6200–6700 А°, дающего наибольший физиологический эффект при фотосинтезе и активации фосфорилирования и других фундаментальных биохимических процессах
[13]. Эта длина волны связана через расчетные
шкалы с длиной волны сине-голубой части спектра (4750 А°), на которой реализован абсолютный
максимум излучения Солнца [27].
Повышение эффективности таких процедур
возможно при уточнении длин волн лазерного излучения и временных характеристик общего курса
лечения.
Ритмы в кардиологии
Рассмотрим длительность нормального сердечного цикла. Основные временные характеристики
интервалов нормального сердечного цикла следующие: длительность зубца P – 0,12′′, длительность
интервала P–Q – 0,12–0,2′′, длительность комплекса QRS – менее 0,12′′, длительность интервала
Q–T – 0,44–0,46′′ [33]. В таблице 2 представлены
некоторые кардиологические параметры в соотношении со шкалой критических расчетных значений.
P. Флиндт (1992 г.) приводит данные о временных параметрах сокращения сердца человека при
ритме сердечных сокращений 75 в минуту [29].
Продолжительность сердечного цикла – 0,8 с,
Таблица 2
Некоторые кардиологические параметры в соотношении с критическими расчетными значениями
Расчетная
частота,
Гц
21,6
Характеристика границы
SDNN – 50 мс (20 Гц) – высокоспецифичный признак гиперсимпатикотонии
8
Длительность зубцов и интервалов на ЭКГ: P, P–Q (нижняя граница), QRS. Признак синусовой аритмии –
разница интервала P–P более 120 мс (8 Гц). Предельная максимальная частота инкриминантной стимуляции –
500 уд/мин (8 Гц). При бифокальной стимуляции для компенсации хронической сердечной недостаточности
атриовентрикулярная задержка была 100 мс
3
Верхняя граница синусовой тахикардии у взрослых – 160 уд/мин, у детей – выше 180 уд/мин. При фибрилляции
предсердий ЧСС – 160–300 уд/мин (2,5–5 Гц) – риск гипотонии и ФЖ. При ФП и ЧСС более 200 уд/мин
предпочтительна кардиоверсия, менее – медикаментозное купирование аритмии
1,1
Нормосистолия – ЧСС 60–100 уд/мин; нижний порог частоты инкриминантной работы стимулятора
(менее 60 уд/мин)
0,4
Вариабельность сердечного ритма: 0,4 Гц – верхняя граница высокочастотного диапазона
0,15
Вариабельность сердечного ритма: 0,15 Гц – граница высокочастотного и низкочастотного диапазона
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
продолжительность систолы – 0,27 с, диастолы –
0,53 с. Частоте 8 Гц соответствует временной интервал, равный 0,125 с. В результате систола состоит из двух таких тактов, а диастола – из четырех,
тогда как полная длительность сердечного цикла
составляет шесть циклов по 8 Гц. Если на длительность систолы в нормальном цикле приходится
полная длительность сердечного цикла, то получим 222 уд/мин, что приводит к резкому нарушению деятельности сердечно-сосудистой системы.
Нормальная частота возникновения возбуждения в синусном узле у взрослых обычно составляет 60–100 уд/мин. Частота ритма при синусовой тахикардии у взрослых редко превышает
160 уд/мин, однако у молодых людей при максимальной физиологической или фармакологической стимуляции нормальный синусный узел, повидимому, способен возбуждаться с частотой более 180 уд/мин [21].
Анализ вариабельности сердечного ритма
(ВСР) позволяет наиболее полно отобразить степень выраженности синусовой аритмии [25].
Для вычисления параметров вариабельности сердечного ритма используются временной и спектральный методы математической обработки.
Спектральный анализ применяют для обработки
5-минутных участков ритмограммы с применением быстрого преобразования Фурье. При холтеровском мониторировании выделяют два компонента: высокочастотный диапазон (HF) – волны 0,15–0,40 Гц (отражает прежде всего парасимпатическое влияние на ритм) и низкочастотный
диапазон (LF) – волны 0,04–0,15 Гц (отражает
прежде всего симпатическое влияние на ритм).
При использовании временного анализа
применяют несколько показателей, например
SDNN – стандартное отклонение всех анализируемых интервалов R–R. При стандартной регистрации коротких участков ритма в покое все показатели временного анализа увеличиваются при
усилении парасимпатических влияний и снижаются при активации симпатического тонуса. Так,
снижение SDNN до значений менее 50 мс является высокоспецифичным признаком гиперсимпатикотонии.
Определение синусовых нарушений ритма не
стандартизовано; некоторые авторы считают, что
диагноз синусовой аритмии можно поставить, если различие между самым длинным и самым коротким интервалами Р–Р превышает 120 мс
(Marriott H. J. L., 1972). Другие критерии включают изменения длительности интервалов Р–Р на
160 мс или больше (Chung E. K., 1974).
Клинические проявления синдрома WPW зависят от физиологических особенностей дополнительного пути. Наиболее серьезные осложнения
у таких больных являются следствием развития
пароксизмальной регулярной наджелудочковой
тахикардии и (или) фибрилляции предсердий.
Возникновение фибрилляции предсердий способно даже привести к внезапной смерти (Бокерия Л. А., 1989; Dreifus L. S., 1971; Bashore Th. M.
и соавт., 1976).
9
Группа клиницистов из университета Дьюка
опубликовала результаты обследования 135 больных с синдромом WPW, у 16 из которых наблюдалась фибрилляция желудочков (Bashore Th. M.
и соавт., 1976). Единственным важным признаком
фибрилляции желудочков в этой группе больных
было появление интервалов R–R продолжительностью 205 мс (5 Гц) или менее на фоне фибрилляции предсердий. Следует отметить, что степень
преждевременности возбуждения желудочков, наблюдаемая на ЭКГ при синусовом ритме, не имеет
никакой связи с риском развития жизнеугрожающего ритма желудочков во время фибрилляции
предсердий [21].
Особое внимание необходимо уделять больным
с учащенным желудочковым ритмом при фибрилляции предсердий, обусловленным предсердножелудочковым проведением по дополнительному
пути (ДП) c коротким рефрактерным периодом.
Средняя частота возбуждения желудочков у таких
больных находится в диапазоне от 160 до 300 в минуту (2,5–5 Гц). При такой частоте ритма имеются
не только нарушения гемодинамики, но и повышенный риск фибрилляции желудочков [15].
Во время таких аритмий при учащенном желудочковом ритме лечением выбора является дефибрилляция. Если частота ритма желудочков во время
фибрилляции предсердий не слишком высока
(ниже 200 уд/мин), можно назначать препараты,
увеличивающие длительность рефрактерного периода дополнительного пути, такие как прокаинамид, аймалин, дизопирамид и хинидин [21].
При ЭФИ проводится программируемая стимуляция для провокации нарушений ритма. Стандартные стимуляторы (внешняя стимуляция) позволяют выполнить простую инкрементную (с возрастающей частотой) стимуляцию, достаточную
для определения времени восстановления функции синусного узла (ВВСУ), а также порогового
уровня А–В периодики Венкебаха. В настоящее
время налажен промышленный выпуск нескольких моделей стимуляторов. Их важнейшие характеристики включают среди прочих и возможность
инкрементной стимуляции с минимальной частотой менее 60 уд/мин и предельной – более
500 уд/мин.
У пациентов с хронической сердечной недостаточностью (ХСН) гемодинамика может быть восстановлена или улучшена при помощи соответствующего метода стимуляции сердца (двухкамерная и бивентрикулярная стимуляция) [3]. В начале
90-х годов прошлого века M. Hochleitner и соавт.
применили бифокальную стимуляцию для лечения больных в терминальной стадии медикаментозно резистентной ХСН. У всех пациентов выявлена ДКМП, интервал P–R был более 160 мс,
а у 7 пациентов – более 220 мс. При DDD-стимуляции сердца атриовентрикулярная задержка была
выставлена на 100 мс, и минимальная ЧСС стимуляции составила 50 стимулов в минуту. Отмечено
значительное клиническое улучшение у всех пациентов. При ЭхоКГ выявлено возрастание ФВ
и уменьшение митральной регургитации.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
ПРОБЛЕМНЫЕ СТАТЬИ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
10
ПРОБЛЕМНЫЕ СТАТЬИ
Теория, объясняющая эффективность DDDстимуляции у больных с ДКМП, была описана
S. Brecker и соавт. [34]. Благодаря оптимизации атриовентрикулярной (АВ) задержки, то есть укорочению ее до 75–100 мс, уменьшается общее время
регургитации и устраняется ее пресистолический
компонент, что позволяет увеличить время диастолического наполнения ЛЖ, тем самым увеличивая
сердечный выброс.
Рассмотрим другие частотные диапазоны клинической кардиологии. В клинических условиях
применяется фильтрационная фонокардиография. В 50-е годы были выделены фильтры на частотах 35, 70, 140, 250, 400 Гц. Современный диапазон частот представлен на рисунке 4.
Приведенные данные отражают тенденцию
к стягиванию границ частотных диапазонов фонокардиографии к расчетным критическим значениям.
При анализе фонокардиограммы получаем следующие частотные характеристики.
I тон представляет колебания, возникающие
при сокращении миокарда вокруг практически несжимаемого объема крови, заполняющей полости
желудочков. Частота колебаний I тона составляет
100–150 Гц, а продолжительность таких колебаний
в среднем – 0,148 с (7 Гц). Когда максимум амплитуды колебаний наблюдается на частотах
100–150 Гц, возникает патология – систолический
шум. Приобретенному пороку сердца (митральному стенозу) соответствует длительность I тона от
0,07 до 0,12 с (14,3–8 Гц).
II тон возникает при захлопывании клапанов
аорты. Его центральная часть представлена колебаниями с частотой 100–120 Гц, а их продолжительность составляет 0,097–0,12 с (10,3–8,35 Гц).
III тон формируется колебаниями стенок желудочков в конце периода быстрого наполнения. Он
состоит из 1–3 низкочастотных колебаний длительностью от 0,02 до 0,1 с (50–10 Гц). Увеличение
длительности до 0,16 с (6,3 Гц) и более указывает
на наличие диастолического шума.
IV тон возникает в пресистоле во время сокращения предсердий и представлен низкоамплитудными низкочастотными колебаниями (16–35 Гц)
продолжительностью 0,05–0,12 с (20–8,3 Гц). Патология возникает при частоте колебаний более
70 Гц.
V тон (III тон правого желудочка) характеризуется 1–2 колебаниями низкой амплитуды с частотой 15–20 Гц.
Использование ультразвука в современной медицине имеет неоспоримое значение, в частности, в кардиологии – это один из ведущих методов
диагностики. Возможности его, несомненно, могут быть шире. Так, в государственном реестре открытий СССР за № 109 зафиксировано открытие
Е. Г. Коновалова: «Экспериментально установлено явление аномального увеличения (в десятки
раз) скорости движения и высоты подъема жидкости в капиллярах при непосредственном воздействии ультразвука и возрастание их с повышением
температуры». Е. Г. Коновалов отметил, что «сер-
Фонокардиография
35 Гц
50-х годов
70 Гц
140 Гц
250 Гц
Фонокардиография
11 Гц 35 Гц
80-х годов
70 Гц 113 Гц
Расчетные
частоты
60 Гц
8 Гц 22 Гц
400 Гц
180 Гц
500 Гц
120 Гц 160 Гц
435 Гц
Рис. 4. Сопоставление динамики частотных диапазонов
фонокардиографии с расчетными значениями.
дечно-сосудистая система – это капилляры общей длиной около 100 тыс. км и, если бы сердце
и сосуды работали по известным законам гидродинамики, то, чтобы перекачать кровь, оно должно быть в 40 раз мощнее». Было экспериментально доказано, что жидкость толкают вверх не давление и капиллярные силы, а стоячие ультразвуковые волны. Исходя из этого, он поставил вопрос об ультразвуковом насосе как возможном
механизме транспортировки крови по капиллярам [17].
Таким образом, кардиологические ритмы представлены колебаниями вплоть до ультразвукового
диапазона и воспроизводят смену структуры на
критических частотах, соответствующих системе
природных ритмов.
Проблемы исследования
кардиологических ритмов
Организм как целое, его органы и системы
в норме живут в системе ритмов, синхронизированных с ритмами среды. Поэтому очевидно, что
для обеспечения нормального функционирования
организма требуется знать структурно полный набор его ритмов либо ритмов основных систем во
всем доступном измерениям диапазоне. Такие измерения позволят перевести диагностику на принципиально новый уровень и станут основой для
разработки действенных методов восстановления
нарушенных ритмов.
Таким образом:
1. В норме организм человека, его органы и системы функционируют в единой закономерной
системе ритмов, согласованных с природными
ритмами. Эти ритмы фиксируются во всем доступном современным измерениям диапазоне частот
(длительностей временных интервалов).
2. Структурно полный набор этих ритмов установлен, его проверка на ритмах различных органов и систем, в том числе и сердечно-сосудистой
системы, показывает значимые соответствия единой системе ритмов. При этом переходы через
критические значения ритмов выявляются как патологии.
3. Используемые в настоящее время методы
диагностики и регуляции системы ритмов организма, его органов и систем задействуют только
отдельные фрагменты целостной системы, что
приводит к снижению их потенциальной эффективности.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Современные возможности метрологии
позволяют проводить исследование структурно
полного набора ритмов сердечно-сосудистой системы для решения проблем повышения эффективности диагностики и лечения нарушений
ритмов.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
Банщиков В. М., Ройтенбурд С. Р. Теоретические и клинические аспекты электросна и электроанестезии (электронаркоза) // V симпозиум по электросну и электроанестезии. – М., 1976.
Бокерия Л. А. Тахиаритмии. – Л.: Медицина, 1989.
Бокерия О. Л. Электрокардиостимуляция при сердечной
недостаточности: показания и выбор оптимального метода и режима стимуляции // Анналы аритмол. – 2004. –
№ 1. – С. 22–32.
Гельфанд С. А. Введение в психологическую и физиологическую акустику. – М.: Медицина, 1984.
Гиляровский В. А., Ливенцев И. М., Сегаль Ю. Е., Кириллова З. А. Электросон. – М.: Медгиз, 1958.
Гурвич А. А. Проблема митогенетического излучения как
аспект молекулярной биологии. – Л.: Медицина, 1968.
Гурфинкель В. С., Коц Я. М., Шик М. Л. Регуляция позы человека. – М.: Наука, 1965.
Гусельников В. И. Электрофизиология головного мозга. –
М.: Высшая школа, 1976.
Гюйгенс Х. Три мемуара по механике. – М.: Изд-во АН
СССР, 1951.
Жирмунский А. В., Кузьмин В. И. Критические уровни
в процессах развития биологических систем. – М.: Наука, 1982.
Жирмунский А. В., Кузьмин В. И. Критические уровни
в развитии природных систем. – Л.: Наука, 1990.
Жохов В. П., Комарова А. А. и др. Гигиена труда и профилактика профессиональной патологии при работе с лазерами. – М.: Медицина, 1981.
Инюшин В. М., Чекуров П. Р. Биостимуляция лучом лазера
и биоплазма. – Алма-Ата: Казахстан, 1975.
Казначеев В. П., Михайлова Л. П. Сверхслабые излучения
в межклеточных взаимодействиях. – Новосибирск: Наука, 1981.
Клиника, диагностика, лечение тахиаритмий // Лекции
по сердечно-сосудистой хирургии. В 2-х т. / Под ред.
Л. А. Бокерия. – М.: Изд-во НЦССХ им. А. Н. Бакулева
РАМН, 1999. – Т. 2. – С. 114–142.
Колесников Г. Ф. Электростимуляция нервно-мышечного
аппарата. – Киев: Здоровёя, 1977.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
11
Конюшая Ю. П. Открытия советских ученых. Ч. 1. – М.:
Изд-во МГУ, 1988.
Кузьмин В. И., Галуша Н. А. Гармония сфер Пифагора. Вариант количественной реконструкции // Системные исследования. Методологические проблемы: Ежегодник
2000М. – М.: ЕДИТОРИАЛ УРСС, 2002.
Кузьмин В. И., Галуша Н. А. Гармония сфер Пифагора.
Единые ритмы природы. – М.: АВН, 2001.
Кузьмин В. И., Галуша Н. А. Законы квантования. – М.:
АВН, 2001.
Мандела В. Дж. Аритмии сердца (механизмы диагностики
и лечения). – М.: Медицина, 1996.
Мандельштам Л. И. Лекции по теории колебаний. – М.:
Наука, 1972.
Методологические вопросы исследования механизмов
электросна и электроанестезии (электронаркоза) / Под
ред. В. А. Буевич. – М.: Всерос. научн. мед. общ. невропатологов и психиатров, 1978.
Насонов Д. Н. Местная реакция протоплазмы и распространяющееся возбуждение. – М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1967.
Носкова М. В., Ревишвили А. Ш. Сравнительный анализ
эффективности антиаритмических препаратов при различных клинико-электрофизиологических вариантах некоронарогенных желудочковых аритмий // Анналы аритмол. – 2004. – № 1. – С. 50–56.
Порвенков В. Г. Акустическая настройка музыкальных инструментов. – М.: Музыка, 1990.
Проссер Л. Сравнительная физиология животных. – М.:
Мир, 1977.
Успенский Я. В. Очерк истории логарифмов. – Петроград:
Научное книгоиздательство, 1923.
Флиндт Р. Биология в цифрах. – М.: Мир, 1992.
Хорбенко И. Г. Звук, ультразвук, инфразвук. – М.: Знание, 1978.
Шумаков В. И., Новосельцев В. Н., Сахаров М. П. Моделирование физиологических систем организма. – М.: Медицина, 1971.
Щербак А. Е. О биологическом значении резонанса // Основные труды по физиотерапии проф. А. Е. Щербака. –
Л.–Севастополь: Изд-во Сеченовского института в Севастополе, 1936.
Braunwald E. Heart disease. – 2003.
Brecker S. J., Gibson D. G. What is the role of pacing in dilated cardiomyopathy? // Eur. Heart J. – 1996. – Vol. 17. – P. 819–824.
Nelson G. S., Wyman B. T., Kramer A. et al. Predictors of systolic augmentation from left ventricular preexitation //
Circulation. – 2000. – Vol. 101. – P. 2703–2709.
Zhirmunsky A. V., Kuzmin V. I. Critical levels in the development
of natural systems. – Berlin etc.: Springer-Verlag, 1988.
Поступила 26.07.2006
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
ПРОБЛЕМНЫЕ СТАТЬИ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
© В. А. ЛИЩУК, Л. А. БОКЕРИЯ, 2006
УДК 616-083.98:001.891.573
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ В ИНТЕНСИВНОЙ ТЕРАПИИ:
СОРОКАЛЕТНИЙ ОПЫТ.
К 50-летию НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН. Часть 3. 1996–2006 годы
В. А. Лищук, Л. А. Бокерия
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева (дир. – академик РАМН Л. А. Бокерия)
РАМН, Москва
В первой части этой юбилейной статьи представлен начальный период разработки, испытания
и внедрения математических моделей в диагностику, оценку состояния и терапию [51]. Приведены методические и клинические результаты, полученные примерно с 1970 по 1985 г. Во второй части
[52] отражен период энтузиазма, веры в почти безграничное могущество точных наук, в том числе
и при их применении в медицине, – в основном
80-е годы. Описаны наиболее значимые результаты в клинической практике со ссылками на научные статьи и монографии, их отражающие (см.
также [9, 17, 35]). В этой, третьей, части мы постарались представить проблемы и достижения периода перестройки, 90-х годов и первых лет нового
века, вплоть до 2006 г. В начале перестройки было
не до оптимальных решений, иногда не хватало самых необходимых лекарств. Но все же и в это время были получены новые результаты в диагностике, терапии и оценке состояния больных непосредственно в ходе лечения (on-line и RTE). В последней, четвертой, части статьи будут обобщены
терапевтические аспекты. Мы также постараемся
отразить роль клинико-математических методов
в решении задач, вставших перед здравоохранением при переходе на рыночную экономику.
Особо хотим обратить внимание читателя на то,
что в третьей и четвертой частях обобщены данные
контроля и индивидуального анализа состояния
более 5000 больных, которые были собраны во время операций и в послеоперационном периоде
(в среднем в течение 17 ч). Сейчас в нашей базе
знаний (и бумажных историях болезни) около
10 000000 системно связанных численных (в большинстве своем) и качественных (ФИО, анамнез,
диагноз, назначения и т. п.) данных. Везде здесь соблюдено строгое соответствие представляемых
обобщений результатам, ранее опубликованным
в научных работах (в основном) 1996–2006 гг. [9, 12,
14, 45]. Весь этот период работают два института:
Институт кардиохирургии им. В. И. Бураковского
на Рублевском шоссе и Институт коронарной и сосудистой хирургии на Ленинском проспекте.
Методология: становление
и роль высокотехнологической
медицинской помощи
Внедрение в 1973 г. в клиническую практику
ИССХ автоматизированной системы обеспечения
решений врача (АСОРВ) стало одним из первых
прорывов высоких технологий в медицине у нас
в стране и за рубежом. Это была третья инновация
такого типа. Причем две другие, созданные и внедренные в США, были нацелены в основном на контроль больного. Они, по сути, оказались первыми
мониторно-компьютерными системами. Анализ
проводился оперативно (сразу после операций).
Но все же не в реальном времени. Математические
модели использовались в форме статистических аппроксимаций. Ориентация на поддержку принятия
решений отсутствовала. Это были скорее очень
продвинутые, но все же методики и техника контроля, а не технологии, охватывающие все составляющие хирургического лечения в целом.
Сегодня содержание таких понятий, как алгоритм, технология, доказательство, инновация
и других выхолощено. Эти понятия вошли в быт,
стали расплывчатыми и потеряли первоначальную
строгость и конструктивность. Под алгоритмом,
например, часто имеют в виду любую (совсем не
обязательно результативную, массовую и определенную) систему правил. То же относится к технологиям. Рассмотрим этот аспект подробнее.
Технология (от греческого – «искусство как
умение без объяснений») охватывает и объединяет
искусство и технику – долгое время плохо совмещавшиеся формы деятельности. Первые успехи
автоматизации простых трудовых процессов породили надежды на возможность всеобщей автоматизации – производства без людей. Первые неудачи на этом пути привели к появлению не автоматических, а автоматизированных систем (АСУ,
ОГАС, АСУ «Здравоохранение» и т. п.). Однако
сложности оказались много большие, чем просто
включение человека-оператора в автоматическую
систему управления. Необходимо было согласо-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
трудность на пути широкого распространения ее
в других клинических центрах, да и в нашем тоже.
Итак, медицинские инновации сейчас, с одной
стороны, усиливают возможности медицины,
а с другой – привлекают средства в здравоохранение, так как являются наиболее конкурентоспособным продуктом. Но главное все же не в средствах (хотя они, конечно, необходимы), а в профессионализме, организации и квалификации персонала. Здесь зарождается новое качество медицины. Суть его – объединение науки и искусства
в индивидуальном акте лечения, в личности
и культуре врача как практика и ученого в одном
лице [10, 11, 43].
Диагноз и состояние больного
Диагностика – чрезвычайно сложный и многогранный процесс. Основные болезни и их общепринятые вербальные отображения даны в МКБ.
Современная медицина во все большем объеме ее
разделов сталкивается с состояниями отдельных
систем организма и с его состоянием в целом. Состояние может оцениваться качественно и количественно. Течение и лечение многих болезней характеризуется множеством состояний. Некоторые – континуумом, бесконечными качественными и количественными оценками. Трудности
оценки состояния человека, особенно больного,
только осознаются, только начали разрабатываться медицинской методологией [3, 7]. Особое значение имеют знания и методы физиологии [10, 11,
18]. В связи с актуальностью этой задачи мы организовали выпуск журнала «Клиническая физиология кровообращения» (с 2004 г.). Проблемная
комиссия «Медицинская и биологическая кибернетика и информатика» постоянно обсуждает актуальные задачи использования физиологических
знаний в медицине [10, 17, 18, 45].
Клинико-физиологическая
и социальная составляющие
современной диагностики
Физиологию часто называют матерью медицины. Но какова ее роль в современной инновационной действительности? В особой степени этот вопрос относится к клинической физиологии и ее
центральному звену – патофизиологии кровообращения. Понятия и концепции физиологии
прочно вошли в арсенал врача. Между тем физиологический анализ сплошь и рядом подменяется
диагностическими находками, получаемыми современными приборами, «умеющими» из цифровых данных создавать трехмерные фигуры, отражающие морфологию и гистологию органов и тканей. Актуальность исследований сердечно-сосудистой системы в том, что более половины населения нашей страны умирает от сердечно-сосудистых заболеваний. Положительной стороной служат достижения в диагностике и лечении. Наш
Центр много делает для разработки клинической
физиологии. Это, в частности, ориентированные
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
вать квалификацию всех участвующих в процессе
достижения некой цели (например, операции)
специалистов между собой, с информацией, знаниями и т. п. (например, были введены так называемая «объяснительная функция» или принцип
«наибольшей благожелательности»). Сведения
должны появляться в нужном месте и в нужное
время. Быть доступными для пользователя, соответствовать его психофизиологическим возможностям, то есть должен быть обеспечен диалог
между «механической» частью системы и социальной – людьми и их объединениями, рабочими
коллективами. Однако всего этого мало, если
иметь в виду не информационную систему, а управляющую, кибернетическую технологию. Последняя должна работать в реальном времени,
то есть решения должны приниматься до того, как
состояние системы изменится и решения окажутся не адекватными. Должны быть согласованы постоянные времени и лаги (запаздывания) всех параллельных и последовательных рабочих процессов. Поэтому даже очень сложная техника или развитая методика не являются технологией. Поэтому, например, сами по себе диагностические центры – тупиковое направление. А вот современная
томокомпьютерная техника, функционирующая
согласованно с другими диагностическими службами, лечебными отделениями, организацией
операций, реанимацией и реабилитацией, – это
технологическое решение совсем другого уровня
сложности, но и – результативности. Как клинической, так и экономической. Понятно, дело не
в названии, но развивать, поддерживать и финансировать целесообразно именно такие, определяемые конечным результатом технологии. Это как
бы следующий шаг в развитии и широком внедрении целевых проектов. Одним из которых сейчас
может стать приоритетный национальный проект
«Здоровье», если его этапы, цели разных уровней,
научные разработки и административные решения будут согласованы, будут отвечать требованиям современных проектных решений. Например,
заложенных в LabVIEW Project.
Соответственно под высокотехнологической
медицинской помощью, медицинскими технологиями мы понимаем органичную целостность методов диагностики, оценки состояния, лечения
и реабилитации, позволяющую обеспечить наиболее эффективный результат. При этом методика
оценки эффективности лечения должна быть объективной. Наш Центр давно предложил и использует в автоматизированном режиме такую методику количественной оценки этапов лечения и его
результата [20, 57].
Подчеркнем, что основы именно такой технологии были заложены с пуском в НЦССХ
им. А. Н. Бакулева (тогда ИССХ) АСОРВ. Эта
технология эффективна, совсем дешева в эксплуатации, нуждается в небольших начальных вложениях, но требует от врача высокой квалификации
и универсальных знаний в области медицины,
фармации, техники, информатики, биологии
и экономики [10]. Сейчас это – единственная
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
на клинику математические модели сердца,
кровообращения [35], клинико-математическая
классификация недостаточности кровообращения
[24, 25, 60], нозологические нормы, отражающие
количественные характеристики, обеспечивающие выздоровление [27]. С другими результатами
можно ознакомиться в обобщающих статьях последних номеров журнала «Клиническая физиология кровообращения». Этот журнал мы создали
для того, чтобы, как уже упоминалось, придать
процессу развития клинической физиологии организованный характер. Для обсуждения и разработки сегодня актуальны такие темы, как: типичные
ошибки мониторинга и анализа данных; законы
сердца и кровообращения; клинико-физиологические системы индексов и показателей [10, 11, 18].
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Системы законов и индивидуальность
Ранее уже было введено представление о непротиворечивой и полной системе законов. Системы закономерностей в значительной степени
обусловливают работу сердца и сердечно-сосудистой системы в большинстве ситуаций интенсивной терапии. Эти системы являются достаточно
полными относительно возможностей современного контроля. Кроме того, они не противоречивы, то есть не приводят к несовместным результатам. Приведем перечень зависимостей и закономерностей для сердечно-сосудистой системы, который несколько десятилетий применяется в клинике:
– гетерометрическая зависимость;
– гомеометрическая зависимость;
– закон Пуазейля для произвольного участка
сосудистого русла;
– модель Франка для сосудистого резервуара;
– баланс объема крови в сердечно-сосудистой
системе;
– закон изменения объема крови в сосудистом
участке;
– условия статики;
– саморегуляция тканевого кровотока;
– гомеостаз кровяного давления.
Их подробное описание и последовательная
спецификация для различных нозологий даны во
многих наших работах [34, 48, 55].
Сегодня актуально расширение систем закономерностей кровообращения путем включения
характеристик регуляции. Это расширение необходимо для адекватной разработки и безопасной
эксплуатации новейших технологий, таких как
многокамерные стимуляторы и дефибрилляторы
сердца, ТМЛР, радиочастотная аблация и т. п.
Еще в большей степени актуальны функциональные характеристики процессов адаптации, их
чувствительности, лаги, постоянные времени,
критерии целесообразности. При этом как бы
полны ни были наши знания о детерминированных и вероятностных отношениях, выявление
индивидуальных характеристик останется необходимым условием адекватного выбора терапии
[22, 48, 55].
Математические модели
За 40 лет были разработаны обобщенная модель
сосуда, сердца, модели сердечно-сосудистой системы различной детальности и ориентации, легких;
были приложены большие усилия к построению
моделей иммунных процессов, вегетативной регуляции, регенерации [9, 12, 17, 35, 44, 45, 51, 52].
Имели место теоретические исследования и разработки моделей, направленных на эксперимент
[52]. Естественно, что в основу математических
описаний закладывались системы закономерностей. Вместе с тем сами модели и методы их исследования постоянно усовершенствовались [6, 42].
Наибольшие усилия мы прилагали к построению математических описаний для клиники,
то есть ориентированных на диагностику, оценку
состояния и терапию. Такие модели должны отвечать требованиям, которые не учитываются и сейчас, при новом всплеске математического моделирования систем организма, для высокотехнологической медицинской помощи [35]. Поэтому мы
приведем их здесь.
1. Детальность модели не должна слишком
сильно (на первом этапе – лучше совсем) превосходить детальность патофизиологических механизмов, используемых в нозологии, для которой
она предназначена. Представления, что модель
должна обобщать все известные знания, быть более содержательной, чем сумма обычных знаний
врача, неверны. Знания врача обусловлены реальным опытом и практической возможностью их
применения. Математик, создающий модель, должен отнестись к этому положению с большим вниманием, рассмотреть, какие математические отображения клинико-биологических (чаще, к сожалению, физических) процессов вошли в медицинские технологии и аппараты. Например, можно
разобраться, как строятся морфологические модели в эхокардиографах или физиологические –
в прикроватных мониторах.
2. Вместе с тем в начальной стадии исследований математик должен ограничиться одним иерархическим уровнем моделирования. Не допускать
смешения различных процессов. Желательно, чтобы модель соответствовала одной функциональной системе организма, с четко определенными
конечными или текущими полезными результатами. Это создаст предпосылку определенности
и непротиворечивости математического описания. При этом должны быть даны ограничения,
в рамках которых модель работает. Определены
нозология и клинические условия. Желательно заранее продумать взаимоотношения и связи с моделями других функциональных систем, участвующих в патологии, на которую ориентирована модель. Например, если вы моделируете работу сердца с целью помочь в оценке состояния при АКШ,
то нужно учесть, какие расширения анализа и соответственно какие модели здесь придется добавить при осложнениях. Это могут быть модели
легких, артериальной системы, бульбарного центра и т. п. [35].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
дятся в конкурентных отношениях [35]. Чем сложнее и (если сложность рациональная) адекватнее
модель, тем труднее (а иногда и невозможно) получить методы анализа и идентификации. Чем
проще модель, тем быстрее можно провести многоаспектный анализ, синтезировать оптимальные
решения и выполнить их проверку в реальном времени.
Такие модели для сосудистой системы, сердца,
кровообращения, регуляции сердечно-сосудистой
системы и дыхания разработаны в НЦССХ. Начиная с 1973 г. они применяются во время операций
и в послеоперационном лечении. Все эти годы сами модели, методы их идентификации, анализа,
синтеза решений, включая оценки состояний
и рекомендации по коррекции терапии, усовершенствовались. Усовершенствовались и средства
представления данных, результатов синтеза, анализа и оценки качества лечения [54].
Индивидуализация
и идентификация
Еще до подключения модели к мониторнокомпьютерной системе должна быть подстроена
ее структура. Наши модели обладают широкими
возможностями подстройки структуры, детальности представления элементов и связей. Более
удобной на практике оказалась однократная подстройка под нозологию с последующей в режиме
on-line и RTE количественной индивидуализацией [22] (например, к тетраде Фалло [23, 26]).
Функции и свойства
Основной функцией сердечно-сосудистой системы (ССС) является доставка крови к тканям
и органам. Другие аспекты (снабжение кислородом, вывод углекислоты, поддержание артериального давления, пульсация и т. п.) здесь не рассматриваются, чтобы не отвлечься от решающей и зачастую недостаточно ясно понимаемой роли ССС
в кровоснабжении организма человека. Транспортная функция определяется объемами крови
в сосудистых резервуарах, давлениями в них и кровотоками между ними. Эти показатели – АД,
ОЦК, МОК и другие – широко используются
в клинике. Они определяют быстротекущие
и в значительной степени лабильные (изменчивые) процессы. Другой класс процессов изменяется медленнее и создает более устойчивые отношения. От этих последних зависят первые, то есть
давления, кровотоки и распределение объемов.
Показатели, их характеризующие, также используются в клинике. Но если первые используются
в основном для оценки состояния, то вторые – для
анализа причин и мотивов [5]. К ним относятся
ОПС, ФИ, насосные коэффициенты левого
и правого сердца и т. п. Системы закономерностей связывают их вместе, а математические модели позволяют выявлять и количественно оценивать эти причинно-следственные и регуляторные
связи. Но чтобы использовать такие возможности
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
3. Связь с контрольно-измерительной аппаратурой, которая будет поставлять данные для идентификации модели, должна быть учтена еще на
этапе проектирования. Какие данные, с какой частотой, насколько точные, каковы их размерности, надежность в зависимости от этапов лечения,
как они связаны с воздействиями диагностическими и терапевтическими – все это должно быть
продумано и учтено заранее. Именно клинический контроль определяет полноту и допустимую
для выбранного приложения детальность. Модель
и контроль вместе позволят выбрать метод идентификации и методику индивидуализации. Метода может и не оказаться. Согласовать эти аспекты
нужно заранее и иметь их в виду все время в ходе
разработки.
4. Математическая, биологическая и клиническая терминологии различаются, даже когда относятся к одним и тем же методам (например, идентификации) и объектам (например, сердцу в физиологии, моделям сердца и АКШ). Для моделей,
ориентированных на медицину, нужно строго,
по возможности без отступлений, с самого начала
разработки придерживаться клинической терминологии и размерностей количественных величин.
Только при отсутствии необходимых для полноты
описания показателей или при приведении их
в совместную систему допустимо вводить новые
показатели. Если не следовать этому правилу, то на
этапе внедрения и сопровождения возникают
многочисленные недоразумения и осложнения.
5. Обычно физиологические системы организма
находятся в состоянии как взаимопомощи, так
и конкуренции. При построении модели конкурентные отношения приводят к несовместности
уравнений, нарушают принцип непротиворечивости. Этот аспект должен быть под контролем: одна
система уравнений должна быть полна и непротиворечива – в соответствии с классической детерминистической постановкой задачи. Это не обязательно при использовании организации, в которую входят несколько или даже множество автономных моделей – в соответствии с телеологическим подходом [31, 37–41].
6. Адекватность модели лучше всего обеспечивается ориентацией на знания и методы того приложения, на которое она ориентирована. Биологические объекты (даже если их субъектную сущность мы упускаем) бесконечно сложны. Оценить
количественно адекватность очень трудно, но все
же можно. Выполнив идентификацию и проведя
опережающее моделирование, можно вычислить
рассогласование по каждой оценке функции, каждого свойства и суммы погрешностей. Удобно
иметь набор наиболее плохо обоснованных параметров и к ним в процессе идентификации (минимизации рассогласования) относить суммарную
погрешность. При правильном ограничении области применения модели погрешность становится
вполне приемлемой для адекватной коррекции терапии.
7. Конструктивность модели – важнейшее ее
свойство. Адекватность и конструктивность нахо-
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
и не делать ошибочных выводов [32], нужно научиться использовать эти показатели функций
и свойств системно [19, 30].
Системы показателей
В НЦССХ разработана клинико-физиологическая система показателей кровообращения, соответствующая современному мониторному контролю
в сердечно-сосудистой хирургии, ИТ и реанимации.
Она отражает непротиворечиво и полно относительно продвинутого мониторно-компьютерного
контроля связанные нозологией патофизиологические процессы. Позволяет контролировать, анализировать и оценивать состояние кровообращения
и воздействие других систем организма, ответственных за нарушения функции (табл. 1). В качестве
функций в нее входят сердечный индекс (СИ), давление – артериальное среднее (АД), систолическое
(АДС), диастолическое (АДД), легочное артериальное среднее (ЛАД), систолическое (ЛАДС) и диастолическое (ЛАДД), а также центральное венозное
(ЦВД) и легочное венозное (левопредсердное, ЛВД)
давление. В качестве свойств в нее входят насосные
индексы левого (ИЛЖ) и правого (ИПЖ) желудочков, индекс общего периферического сопротивления (ИОС), индекс легочного сосудистого сопротивления (ИЛС), индексы эластичности артериаль-
ного (ИЭА), венозного (ИЭВ), легочного артериального (ИЭЛА) и легочного венозного (ИЭЛВ) резервуаров. Нужно также, если имеет место гипоили гиперволемия, учитывать индекс объема крови,
растягивающего сосудистое русло (ИVр), и ЧСС.
Эти показатели совместны, необходимы и достаточны для определения макропричин, обусловливающих патологическое изменение состояния сердечно-сосудистой системы. Они позволяют определить
изменения состояния сердечно-сосудистой системы при изменении ее свойств. Например, изменение насосной функции сердца в ответ на введение
катехоламинов, ингибиторов фосфодиэстеразы, вазоконстрикторов, вазодилататоров и других сильнодействующих лечебных средств. В таблице 1 приведена система показателей, в таблице 2 даны примеры. Имеется подробное описание системы и ее клинического применения [19, 21, 53].
Индексы
В клинической практике нередко имеют место
необоснованные выводы, обусловленные неверным использованием данных мониторного контроля. Допустимо использовать абсолютные оценки,
если исследуется один и тот же больной без сравнения с другими. Допустимо использовать абсолютные оценки, если исследуются разные больные,
Таблица 1
Система клинико-физиологических показателей кровообращения для ССХ, ИТ и реанимации
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Показатель
Обозначения
Размерность
Пример
Сердечный индекс
СИ
л/(мин⋅м2)
2,58±0,03
Артериальное давление среднее
АД
мм рт. ст.
90,1±0,7
Артериальное давление систолическое
АДС
мм рт. ст.
126,8±1,0
Артериальное давление диастолическое
АДД
мм рт. ст.
70,6±0,7
Легочное артериальное давление среднее
ЛАД
мм рт. ст.
17,0±0,3
Легочное артериальное давление систолическое
ЛАДС
мм рт. ст.
24,9±0,4
Легочное артериальное давление диастолическое
ЛАДД
мм рт. ст.
11,6±0,2
Центральное венозное давление среднее
ЦВД
мм рт. ст.
7,3±0,1
Легочное венозное давление среднее
ЛВД
мм рт. ст.
8,6±0,4
Индекс насосного коэффициента левого желудочка сердца
ИЛЖ
см3/(с⋅мм рт. ст.⋅м 2)
4,8±0,1
Индекс насосного коэффициента правого желудочка сердца
ИПЖ
см3/(с⋅мм рт. ст.⋅м 2)
7,1±0,2
Индекс общего периферического сосудистого сопротивления
Индекс общего легочного сосудистого сопротивления
Индекс эластичности артериального сосудистого резервуара
Индекс эластичности венозного сосудистого резервуара
ИОС
2
–5
2
–5
дин⋅с⋅м ⋅см
2799±42
ИЛС
дин⋅с⋅м ⋅см
ИЭА
3
2
0,6±0,0
3
2
199±5
см /(мм рт. ст.⋅м )
ИЭВ
см /(мм рт. ст.⋅м )
95,5±2,7
Индекс эластичности легочного артериального сосудистого резервуара
ИЭЛА
см 3/(мм рт. ст.⋅м 2)
3,2±0,1
Индекс эластичности легочного венозного сосудистого резервуара
ИЭЛВ
см 3/(мм рт. ст.⋅м 2)
14,5±0,4
Индекс объема крови, растягивающего сосудистое русло (оценка
эффективного ОЦК)/ИК
ИVр или ИК
см3/м2
930,4/0
ЧСС или T
мин–1 /с
85,8±0,7/0,7
Частота сердечных сокращений/период
2,10±0,1
82,7±1,1
142,0±3,1
79,4±2,5
100,3±2,7
28,2±1,8
13,8±1,3
18,6±1,5
8,3±0,5
2,5±0,1
4,2±0,1
3496±88
177±4
66,3±5,3
0,40±0,01
9,9±0,8
1,8±0,1
СИ
ЧСС
АДС
АДД
АД
ЛАДС
ЛАДД
ЛАД
ЦВД
ИЛЖ
ИПЖ
ИОС
ИЛС
ИЭВ
ИЭА
ИЭЛВ
ИЭЛА
2,2±0,1
12,3±0,8
0,74±0,02
82,0±5,0
166±5
2779±35
5,9±0,3
3,9±0,3
6,5±0,3
15,0±1,0
10,2±0,8
24,6±1,5
88,4±2,6
73,6±2,6
118,0±2,7
72,4±2,0
2,35±0,03
Завершение
гипотермии
1,6±0,03
9,1±1,0
0,38±0,01
61,0±7,0
208±4
3956±10
3,2±0,2
1,8±0,1
9,0±1,1
21,0±2,0
16,4±1,3
30,2±2,1
95,7±1,7
76,2±1,2
135,0±3,3
78,0±1,6
1,75±0,06
Торакотомия
2,3±0,07
10,4±0,9
0,69±0,02
69,0±6,0
173±4
2904±25
4,9±0,3
2,4±0,1
7,3±0,5
20,0±1,0
15,1±0,8
29,0±1,2
85,3±1,3
70,2±1,4
115,9±2,1
68,4±2,2
2,15±0,05
Выделение
аневризмы
аорты
2,4±0,07
10,9±1,4
0,77±0,0
72,7±8,7
169±3
2784±39
5,4±0,7
2,6±0,1
7,0±0,6
18,7±1,7
13,6±1,0
27,6±1,3
84,0±1,0
70,1±1,2
112,2±1,1
68,2±1,2
2,21±0,03
Перед
пережатием
аорты
0,6±0,00
6,2±0,1
0,14±0,01
41,7±0,7
478±20
9077±700
1,3±0,1
0,8±0,0
14,2±0,2
29,0±3,0
22,6±2,2
42,4±3,1
138,3±3,3
110,0±4,1
195,0±3,2
90,0±4,2
1,10±0,12
0,8±0,03
6,7±0,5
0,22±0,0
46,0±4,0
342±14
6199±22
1,8±0,1
1,2±0,1
12,8±0,8
26,0±1,0
20,2±0,8
38,2±2,0
122,0±3,0
100,0±3,2
165,3±3,0
96,2±2,0
1,40±0,02
1,0±0,2
7,5±0,4
0,23±0,0
49,7±2,7
272±22
5518±88
2,2±0,1
1,3±0,1
11,2±0,6
25,3±1,3
20,0±0,7
35,1±2,4
115,0±3,0
94,0±2,8
157,0±2,4
102,4±2,8
1,50±0,01
1,1±0,00
8,1±0,5
0,27±0,0
54,0±3,0
222±5
4566±76
2,8±0,1
1,5±0,03
10,2±0,4
23,7±0,7
18,8±0,5
32,6±1,0
109,0±3,0
89,0±3,0
148,0±2,6
108,0±2,6
1,72±0,07
1,6±0,07
6,3±0,4
0,43±0,0
42,0±3,0
178±13
2427±45
2,4±0,1
2,3±0,2
14,2±0,3
20,0±1,0
15,2±1,4
28,8±1,3
77,0±3,0
60,0±2,7
110,0±3,1
94,8±1,4
2,05±0,05
5 мин
15 мин
20 мин
Перед
5 мин
после
пережатия пережатия пуском
пуска
пережатия
аорты
аорты
кровотока кровотока
аорты
2,4±0,07
8,1±0,5
0,51±0,0
54,3±3,3
124±2
2312±78
4,1±0,1
2,9±0,1
10,4±0,4
18,3±0,3
14,4±0,8
26,4±1,0
82,7±1,7
65,0±1,3
118,0±3,3
92,0±1,2
2,50±0,12
10 мин
после
пуска
2,5±0,03
10,4±1,4
0,68±0,04
69,0±9,0
122±4
2653±21
5,5±0,5
4,0±0,2
7,9±0,6
15,0±1,0
11,0±0,7
23,2±0,9
95,0±3,0
80,0±4,2
125,0±2,1
86,1±2,3
2,62±0,09
Окончание
операции
2,6±0,07
10,7±0,5
0,75±0,02
71,3±3,3
116±6
2882±33
5,3±0,2
4,0±0,2
7,6±0,5
14,0±1,0
10,2±0,6
21,2±1,0
96,0±3,0
84,0±2,9
120,4±3,2
90,3±2,1
2,45±0,04
Завершение
согревания
2,1±0,03
13,1±1,2
0,57±0,0
87,0±8,0
140±2
2962±41
6,6±0,6
4,3±0,2
6,4±0,4
13,7±0,7
9,5±0,5
22,6±0,8
98,3±2,3
82,2±2,5
130,2±2,4
89,6±1,8
2,48±0,02
2 ч после
операции
2,9±0,17
12,1±0,7
0,66±0,03
80,7±4,7
120±4
2616±33
6,9±0,4
4,5±0,3
6,8±0,4
14,3±0,3
10,1±0,5
22,5±0,9
96,3±2,3
78,6±1,8
132,1±3,1
78,7±1,5
2,74±0,01
Перед
экстубацией
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Начало
гипотермии
Показатель
Показатели кровообращения (системные наборы) для каждого этапа хирургического лечения больных (включая осложненных и тяжелых),
оперированных в НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН по поводу аневризм нисходящей грудной аорты (пережатие аорты проксимальнее ЛПА)
Таблица 2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
но результаты не обобщаются и не сравниваются.
Допустимо также использовать абсолютные оценки,
если результаты не соотносятся с нормой. Если исследуется группа больных, то некоторые абсолютные показатели необходимо заменить индексами.
Индексы особенно полезны, если больные отличаются размерами. При применении статистической
обработки результатов индексы, как правило, необходимы. А именно вместо сердечного выброса, минутного объема крови или ударного объема сердца
нужно использовать сердечный или ударный индексы. Вместо насосных коэффициентов сердца необходимо применять индексы насосных коэффициентов левого и правого желудочков. Наконец, вместо
общего периферического сосудистого сопротивления и сосудистого сопротивления легких – индексы
общего периферического сосудистого сопротивления большого и легочного кругов кровообращения.
То же – по аналогии – относится к другим показателям, например, аппаратуры УЗ [33].
Несистемные показатели
В практике диагностики и в научных исследованиях широко используются внесистемные показатели. Часто с пользой. Но риск получить неадекватные выводы велик [32].
Нозологические нормы
Долгое время в интенсивной терапии использовались преимущественно абсолютные величины.
Постепенно стали все чаще использовать индексы.
Безразмерные показатели входят в клиническую
практику лишь сейчас и с большим трудом. Одна из
систем относительных безразмерных величин разработана в НЦССХ. Она ориентирована на дифференциальную диагностику, выявление причин патологии и количественную оценку влияния патологических факторов на функцию сердца и сосудистой системы, а также оценку роли компенсаторных
и других регуляторных влияний на состояние больного. Поэтому, если необходимо провести детальный анализ причин и мотивов изменения функции
и состояния сердечно-сосудистой системы,
то удобно использовать относительные величины
[47]. На рисунках 1 и 2 все показатели даны в относительных величинах, поэтому сравнимы между со-
Начиная с 1973 г. в НЦССХ им. А. Н. Бакулева
РАМН проводятся исследования по разработке
норм функции и состояния сердечно-сосудистой
системы, характеризующих адекватное лечение
сердца и сосудов. Результаты этих работ неоднократно публиковались в научной литературе (например, [19]).
Для формирования норм использовались данные нескольких тысяч больных (несколько десятков тысяч измерений для каждого больного), накопленные за 30 лет в компьютерных базах, а также результаты модельного, статистического и клинического анализа. Все данные и результаты анализа имеют электронное представление, доступны
для совместного и дифференциального анализа.
В этих исследованиях основное внимание уделялось практической направленности характеристик
и показателей, их адекватности клиническим задачам и специфичности для характеристики благополучного лечения [2, 13].
Предварительно и в ходе этих исследований
рассмотрены фундаментальные свойства нормы
как эпистемиологической гносеологической и когнитивной категории [27]. В результате введено понятие клинической нормы как совокупности физиологических свойств, регуляторных и лечебных воздействий, позволяющей перейти от болезни к выздоровлению. Это представление существенно отличается
Рис. 1. Диаграмма состояния кровообращения больного
Б. перед операцией по коррекции ГОКМП, отражающая
недостаточность левого желудочка.
Рис. 2. Диаграмма состояния сердечно-сосудистой системы больного Б. после операции по коррекции ГОКМП.
Относительные величины
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
бой, несмотря на то, что их природа и качественное
содержание различно, а количественные значения
сильно, иногда на порядок, разнятся.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
19
от традиционной трактовки нормы как меры количества, в пределах которого сохраняется заданное
качество. Мы считаем, что нозологическая норма
неразрывно связана с индивидуальными характеристиками организма, его болезнями, фазой и условиями лечения. Нозологическая норма вместе
с дополняющими ее алгоритмами анализа и синтеза позволяет получить обобщенные оценки:
– качества этапов лечения в реальном времени
и апостериори;
– исходного состояния больного;
– адекватности анестезии;
– искусственного кровообращения;
– хирургического лечения;
– терапии.
На методику оценки лечения и полезности
фармакотерапии получены авторские свидетельства [20, 57, 58].
что не свойственно ни одной из ранее предложенных. Кроме качественного подразделения видов
расстройств клинико-математическая классификация позволяет давать количественную оценку. Количественные оценки сравнимы для различных нарушений и разных больных. Каждому виду нарушений поставлено в соответствие клинико-физиологическое свойство, ответственное за это патологическое состояние. Выделяются также сопутствующие,
менее значимые нарушения. Все изменения функций и свойств подразделяются на функциональные
(биофизические) и регуляторные. Последние,
в свою очередь, разделяются на компенсаторные,
защитные и гомеостатические. Если проводится лечение, то оперативно на каждом шаге определяется
его роль в изменении состояния больного [21, 60].
Клинико-математическая
классификация
Разработанные классификации используются
в НЦССХ почти 25 лет [25]. Накоплен громадный
клинический материал. Он хранится на бумажных
носителях. Параллельно большая часть данных
и результатов помещена в компьютерные базы
данных, специально предназначенные для ИТ.
Таблица 3 позволяет получить представление о возможностях компьютерной базы знаний
Разработанная в нашем Центре клинико-математическая классификация обобщает известные
подразделения ОНК и ОСН. Например, такие, как
Кирклина, Стражеско–Василенко, Бреймбриджа
[28, 29]. Она является непротиворечивой и полной,
Компьютерная база знаний
Таблица 3
Продолжительность этапов хирургического лечения недостаточности
трикуспидального клапана с использованием ИК* за ноябрь 2006 г.
(фрагмент, иллюстрирующий возможности компьютерной базы НЦССХ)
до основного этапа
операции
остановка ритмической
деятельности сердца
после основного этапа
операции
операция
в целом
2 ч 16 мин
0 ч 48 мин
1 ч 44 мин
4 ч 48 мин
Л.
2 ч 24 мин
2 ч 08 мин
2 ч 08 мин
6 ч 40 мин
Р.
2 ч 00 мин
0 ч 48 мин
1 ч 36 мин
4 ч 24 мин
Г.
2 ч 24 мин
1 ч 12 мин
2 ч 56 мин
6 ч 32 мин
Д.
1 ч 52 мин
2 ч 24 мин
1 ч 20 мин
5 ч 36 мин
К.
1 ч 52 мин
0 ч 56 мин
2 ч 00 мин
4 ч 48 мин
К.
2 ч 40 мин
1 ч 28 мин
2 ч 24 мин
6 ч 32 мин
Л.
2 ч 08 мин
0 ч 56 мин
2 ч 40 мин
5 ч 44 мин
М.
3 ч 12 мин
2 ч 48 мин
1 ч 52 мин
7 ч 52 мин
О.
1 ч 28 мин
3 ч 20 мин
2 ч 16 мин
7 ч 04 мин
Т.
2 ч 08 мин
0 ч 48 мин
3 ч 20 мин
6 ч 16 мин
Х.
2 ч 16 мин
2 ч 56 мин
2 ч 16 мин
7 ч 28 мин
Ц.
3 ч 04 мин
2 ч 32 мин
1 ч 52 мин
7 ч 28 мин
Среднее
2 ч 15 мин
1 ч 46 мин
2 ч 11 мин
6 ч 13 мин
Ошибка среднего
0 ч 07 мин
0 ч 15 мин
0 ч 09 мин
0 ч 18 мин
Больной
У.
Максимум
3 ч 28 мин
3 ч 20 мин
3 ч 20 мин
7 ч 52 мин
Минимум
1 ч 28 мин
0 ч 48 мин
1 ч 20 мин
4 ч 24 мин
* Оперирующий хирург К.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Продолжительность этапов
Показатели больных
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
помимо традиционных сведений, представляемых
о состоянии больного.
Исследование информации, хранящейся в электронных архивах, подтверждает эффективность
клинико-математического подхода. Вместе с тем
применение математических методов связано
с необходимостью минимального математического и клинико-физиологического образования врачей. Последнее обстоятельство сдерживает широкое использование классификаций ОНК и ОСН,
основанных на математическом моделировании
физиологических систем, как и широкое распространение разработанных в НЦССХ технологий.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Методы
Особенностью работы наших технологий является использование обычных методов статистики,
оптимизации, идентификации и анализа, но online и в режиме реального времени. При этом ретроспективный анализ выполняется, как обычно,
после набора достаточного количества данных [6].
Важная отличительная особенность состоит
в оценке каждого состояния больного по достаточному для того, чтобы убедиться в не слишком большом влиянии случайных факторов, числу измерений. По нашим данным, разброс одного измерения
(например, МОК при интубации) нередко сравним
по величине с разбросом по всей исследуемой
группе (например, по многим больным при одинаковых операциях). Соответственно, характеризует
не группу, а качество измерения или индивидуальную вариацию контролируемого процесса [1].
Другая важная особенность. Как правило, сейчас проводится несколько замеров одного показателя (иногда даже один замер) для характеристики
текущего состояния больного. При этом результат
измерения используется для характеристики значительного периода лечения (например, операции). Даже если это несколько измерений, то их
количество и привязка ко времени не имеют, как
правило, обоснованной привязки к скорости изменения состояния больного. Например, практически никогда не учитываются постоянные времени или лаги измеряемого процесса. Кроме того,
не учитывается, что имеют место изначально различные состояния, операции протекают по-разному при исходно одинаковых протоколах намерения и продолжаются различное время (например,
см. табл. 3). Чтобы сравнение результатов измерений имело патофизиологическую интерпретацию,
мы разделили весь процесс терапии на естественные этапы (как правило, 10–15). Например,
для АКШ этапы лечения даны в таблице 4. Эти
этапы контролируются мониторно-компьютерной
системой (от нескольких сотен до 100 000 измерений для больного). Анализ проводится в ходе лечения при возникновении «нештатных ситуаций».
Синтез рекомендаций выполняется для каждого
этапа лечения. После окончания лечения данные обрабатываются, обобщаются и помещаются
в базу знаний для научно-клинических исследований [16].
Необходимо также избегать физиологически не
обоснованных усреднений. В подавляющем числе
медицинских измерителей вопрос постоянной
времени усреднений даже не ставится. Решение
этой важной для аппаратурного обеспечения современных медицинских технологий проблемы
дано в наших работах [7, 50].
Задача выбора времени усреднения привела нас
к более общей проблеме – доступности для пользователя методов обработки данных, начиная от обработки датчиком, преобразования аналогово-цифровым преобразователем и программами цифровой обработки до, наконец, табличного, текстового, графического или образного представления
данных. В ходе этого «путешествия» первичный
сигнал существенно искажается. Мы упустим здесь
технические и программные аспекты [7] и отразим
только физиологические и клинические.
Чаще всего усреднение, как и другие виды обработки, рациональнее выполнять за каждый цикл
сокращения сердца, что, к сожалению, почти никогда не делается. Современная техника позволяет
это делать и, сравнивая последовательно цикл за
циклом, представлять пользователю репрезентативные оценки в режиме, согласованном с психофизиологическими характеристиками человека.
Следующий полезный вид усреднения – период
дыхания. Впрочем, современные вычислители
(встроенные или универсальные – ПК) позволяют
предусмотреть возможность любого вида усреднения и вообще задания потребителем (через меню)
возможности широкого класса видов обработки.
Представление данных
Почти все приборы позволяют выводить на экран и/или распечатывать численные данные в таблицах, графики зависимостей, аппроксимации
в 2- и 3-мерном пространстве. Врач, занятый больным во время лечения, не имеет времени для анализа объемных численных и графических сведений. Для преодоления этих трудностей мы разработали диаграмму, представляющую в связанном
математической моделью виде исходные измерения и их отклонение от нозологической нормы
(любого базиса, например, от значений до введения лекарства). Диаграмма отражает также вычисляемые свойства и выделяет то из них, которое
оказало наибольшее влияние на наиболее измененную в сторону патологии функцию. Эти показатели отражаются в диаграмме количественно,
как элементы графика. Основная часть диаграммы
представляет собой «большой и малый (единый)
круг кровообращения». Радиусы соответствуют
оценкам функций. Круги в местах пересечения
большой окружности с ее радиусами – свойства.
Изменение размера этих кругов соответствует изменению свойств. Все возможности диаграммы
описать весьма трудно, нужна специальная инструкция. Ведь диаграмма как раз и предназначена
для замены словесного и численного представления образом. Поэтому мы отсылаем читателя к рисункам 1 и 2 [21, 49]. Другие методы, на которые
3,07±0,14
л/(мин⋅м2 )
уд/мин
мм рт. ст.
мм рт. ст.
мм рт. ст.
мм рт. ст.
мм рт. ст.
мм рт. ст.
мм рт. ст.
мм рт. ст.
СИ
ЧСС
АДС
АДД
АД
ЛАДС
ЛАДД
ЛАД
ЦВД
ЛВД
2670±117
172±13
119±19
дин⋅с⋅м2 ⋅см–5
дин⋅с⋅м2 ⋅см–5
см3⋅мм рт. ст.–1
ОПС
ОЛС
ЭВ
3,3±0,4
см ⋅мм рт. ст.
см3⋅мм рт. ст.–1
%
%
ЭЛВ
ЭЛА
К(кл)
К(кп)
53,2
62,3
3,5±0,4
12,1±0,8
0,7±0,0
80±5
189±16
3152±160
6,7±0,6
4,1±0,4
12,6±1,2
7,3±0,5
19,1±1,5
13,8±1,3
26,8±1,8
98,1±3,2
77,7±2,6
133,4±4,3
78,7±3,6
2,56±0,19
Интубация
41,0
49,0
2,7±0,2
13,4±1,1
0,7±0,1
90±7
201±17
3693±181
6,1±0,4
3,2±0,3
13,1±1,0
6,5±0,3
18,5±1,2
13,1±1,0
25,6±1,5
104,1±3,1
80,5±3,1
138,1±4,2
79,0±3,6
2,27±0,11
Разрез кожи
56,5
46,1
2,6±0,2
13,8±0,9
0,6±0,0
92±6
218±22
3743±233
6,5±0,5
3,6±0,2
12,3±1,0
6,8±0,2
17,5±1,2
12,3±1,0
24,2±1,5
97,1±2,5
77,4±2,2
130,8±3,3
80,0±2,6
2,16±0,09
Стернотомия
57,5
47,8
2,9±0,3
15,2±1,3
0,7±0,1
101±8
197±14
3180±176
7,3±0,6
4,1±0,3
11,2±0,9
6,4±0,4
16,3±1,0
11,2±0,9
23,8±1,2
86,0±2,4
69,9±2,3
115,9±2,7
79,0±2,3
2,22±0,10
До ИК
2013±53
6,1±0,7
64,1±2,1
2,37±0,1
ИК
45,6
44,4
3,4±0,6
15,0±1,5
0,6±0,0
99,9±10,3
179,4±13
2391±114
7,0±0,5
5,4±0,3
7,8±1,4
7,6±0,5
16,6±0,8
11,0±0,7
24,9±1,3
82,2±2,0
62,9±2,0
121,3±2,6
87,7±1,6
2,7±0,1
После ИК
57,2
54,4
3,3±0,7
15,8±2,5
0,5±0,0
92,2±9,7
187,5±14,8
2787±38
6,5±0,6
5,3±0,4
7,3±0,8
7,9±0,5
15,5±0,6
10,2±0,6
23,2±1,0
88,8±2,1
68,5±2,0
128,1±3,1
90,1±2,2
2,50±0,07
Окончание
операции
51,7
47,0
2,9±0,4
19,2±1,3
0,5±0,0
124,4±8,3
210,2±13,7
2746±93
8,8±0,7
6,7±0,5
6,3±0,8
6,3±0,4
13,6±0,5
8,5±0,5
21,6±0,9
87,6±1,7
68,5±1,7
127,1±2,4
89,6±1,8
2,50±0,10
2 ч после
операции
52,2
47,2
3,0±0,3
16,3±1,0
0,5±0,0
108,7±6,6
206,8±16,6
2464±87
8,8±0,7
6,5±0,4
6,5±0,5
6,7±0,4
14,6±0,6
9,1±0,5
22,5±0,9
83,4±1,9
64,0±1,7
124,2±2,6
87,7±1,5
2,64±0,06
До экстубации
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
П р и м е ч а н и е. К(кл), К(кп) – коэффициенты вариации; КП, КЛ – насосные коэффициенты соответственно правого и левого желудочков; Э – эластичность.
51,6
61,9
16,3±2,2
–1
3
см ⋅мм рт. ст.
ЭА
–1
3
0,6±0,1
8,35±0,76
см /(см⋅мм рт. ст.)
КП
5,05±0,51
3
КЛ
см /(см⋅мм рт. ст.)
3
10,0±1,7
6,9±0,6
19,0±1,1
12,9±1,0
28,5±1,5
103,4±3,1
78,4±2,5
148,9±4,7
80,7±3,1
Поступление
в оперблок
Размерности
Показатели
Показатели гемодинамики больных, оперированных по поводу ИБС
Таблица 4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
22
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
опираются описанные выше, например слабого
звена или индивидуализации, описаны в первой
части статьи, так как были разработаны еще в 70-е
годы [6, 16, 36, 42, 46, 49].
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Принципы
Первое положение: при оценке состояния необходимо измерить такие показатели в таком количестве и с такой точностью, чтобы их совокупность характеризовала состояние изучаемой системы и процессов, с ней связанных. Здесь под характеристикой состояния мы понимаем набор показателей, знание которого в текущий момент времени позволяет определить (вычислить, предсказать) такой же набор показателей в следующий момент, и так далее для любого времени в рамках
проводимого лечения. Выше приведены примеры
таких наборов (см. табл. 4).
Одно и то же состояние сердечно-сосудистой
системы (одинаковые СИ, АД, ЦВД и др.) может
обусловливаться различными свойствами ее подсистем (сердца и соответственно КЛ, ЧСС, КП
и т. п.; артериального резервуара, соответственно
ЭА, ЭВ и т. д.). Изменение оценок свойств может
иметь как полезный, так и вредный характер. Поэтому нужно дифференцировать патологические
и адаптивные изменения, а также эти последние от
процессов, вызванных лечением [4, 21, 49, 54, 61].
Основной патологический процесс. Мы выделяем
основной патологический процесс как процесс,
который оказал наибольшее влияние на функцию,
в наибольшей степени изменившуюся в сторону
патологии. Введение относительных величин позволило оценить этот ведущий патологический
процесс количественно (см. рис. 1, 2).
Сопутствующие патологические процессы. Ранжируя патологические изменения по их количественным оценкам, получаем сопутствующие патологические сдвиги [54].
Адаптивные реакции. В ответ на патологию организм включает регуляторные реакции различного типа: стабилизации, слежения, форсажа, программного управления и оптимизации. Они бывают не менее выраженными, чем патологические.
Крайне важно отделить их от патологических и не
купировать лечебными мерами.
Компенсаторные реакции. Регуляторные реакции, которые направлены на поддержку функции,
ослабленной патологией, относятся к компенсаторным. Технология выявляет их и представляет
на суд врача (см. рис. 1, 2). Крайне важно не ослабить эту регуляцию лечебными мерами, а по возможности – усилить почти до восстановления
нормы функции [59].
Защитные регуляторные сдвиги. Регуляторные
реакции, которые направлены на предотвращение
перегрузки или повреждения органа, относятся
к защитным. Технология позволяет выявить их
и представляет на окончательное заключение
пользователю (см. рис. 1, 2). Крайне важно не препятствовать этим изменениям, чтобы не вовлечь
в патологический очаг новые структуры [59].
Гомеостатические реакции. Несмотря на патологические реакции, организм старается сохранить постоянство жизненно важных функций.
Технология выявит гомеостатические процессы
и предложит оценить их роль в соотношении деструктивных и лечебных изменений (см. рис. 1, 2).
Пользователю представляется возможность оперативно на индивидуализированной модели провести опережающую имитацию сохранения гомеостаза, его ослабления или перехода к адаптации. Это
позволит уточнить тактику лечения. Например,
сохранение нормального уровня АД может быть
полезным при дефиците СИ, вредным при перегрузке левого желудочка и особо регулируемым
(оптимизируемым) при кровоточивости или почечной недостаточности [15, 54].
Комплексные оценки. При осложнениях или хирургическом лечении больного по жизненным показаниям имеют место, как правило, все или почти все перечисленные выше компоненты оценки
состояния и выбора терапии [15, 54, 56].
Наиболее актуальные оценки состояния при ОНК
представлены в таблице 5. С ее подробным описанием можно ознакомиться в работе Л. А. Бокерия,
В. А. Лищука [8].
Заключение
Математические модели позволили решить
проблему индивидуальной алгоритмической диагностики. Они явились основой объединения врачебного искусства, математического обеспечения
и технических средств в технологические системы
поддержки решений on-line и в реальном времени.
Использование моделей в интенсивной терапии дополнило возможности диагностики заболевания сравнимыми количественными оценками
патологических процессов, компенсаторных, защитных и гомеостатических сдвигов, а также показателями качества терапии.
Практика количественной оценки состояния
и причин патологии позволила получить системы
абсолютных и относительных показателей и индексов. Особое внимание при анализе ответа организма на введение лечебных препаратов мы рекомендуем уделять правильному использованию размерностей и вычислению индексов, так как здесь
допускаются ошибки с клинически значимыми
следствиями.
В целом, перспектива широкого и эффективного использования инновационных технологий,
основанных на математических и клинико-биологических знаниях, определяется качеством преподавания соответствующих дисциплин в медицинских вузах и реализацией непрерывного последипломного образования. Крайне необходимо ввести
в программу преподавания на клинических факультетах медицинских вузов клинико-математические модели и методы, а также интеллектуальное обеспечение.
Эта часть статьи была посвящена преимущественно диагностике, вернее, методам оценки состояния и выявления причин острых расстройств
кл, КП
кл, ОПС кп, ОПС КЛ, ОПС КП, ОПС
кл, опс
кл, эв
кл, ЭВ
кл, ОЛС
кл, оцк
кл, ОЦК кп, ОЦК КЛ, ОЦК КП, ОЦК
кл, КП
кл, кп
кл, кп
Гиперфункция
правого желудочка
Спазм резистивных
сосудов БКК
Дилатация
резистивных сосудов
БКК
Спазм емкостных
сосудов ВС
Дилатация
емкостных сосудов ВС
Спазм резистивных
сосудов МКК
– ∆ОЦК,
гиповолемия
+ ∆ОЦК,
гиперволемия
Левожелудочковая
недостаточность
и гиперфункция
правого желудочка
Левожелудочковая
недостаточность
и гипофункция
правого желудочка
Тотальная
недостаточность
*
*
*
КЛ, оцк
КЛ, ОЛС
КЛ, ЭВ
КЛ, эв
КЛ, опс
КЛ, КП
КЛ
*
*
*
КП, оцк
КП, ОЛС
КП, ЭВ
КП, эв
КП, опс
КП
КП, КЛ
опс, кл,
КП
опс, ОЦК
опс, оцк
опс, ОЛС
опс, ЭВ
опс, эв
опс
*
опс, КП
опс, КЛ
опс, кп
опс, кл
эв, кл, КП
эв, ОЦК
эв, оцк
эв, ОЛС
*
эв
эв, опс
эв, ОПС
эв, КП
эв, КЛ
эв, кп
эв, кл
ЭВ, кл,
КП
эв, ОЦК
ЭВ, оцк
ЭВ, ОЛС
ЭВ
*
ЭВ, опс
ЭВ, ОПС
ЭВ, КП
ЭВ, КЛ
ЭВ, кп
ЭВ, кл
ОЦК, кп
ОЦК, кл
оцк, КЛ ОЦК, КЛ
оцк, кп
оцк, кл
оцк, ОПС
ОЦК,
ОПС
кл, КП,
ОПС
кл, КП
*
*
кл, КП
ОЛС, кл,
КП
ОЛС,
ОЦК
ОЛС, оцк
ОЛС
ОЛС, ЭВ
ОЛС, эв
ОПС, кл, опс, кл, кп эв, кл, кп ЭВ, кл, кп ОЛС, кл,
кп
кп
ОЦК, эв
кл, КП, эв
оцк, кл,
кп
оцк, кл,
кп
оцк, кл,
КП
*
оцк
оцк,
ОЛС
ОЦК, кл,
кп
ОЦК, кл,
кп
ОЦК, кл,
КП
ОЦК
*
ОЦК,
ОЛС
*
*
кл, КП
кл, КП,
ОЦК
кл, КП, оцк
кл, КП,
ОЛС
оцк, ЭВ ОЦК, ЭВ кл, КП, ЭВ
оцк, эв
ОЛС, опс оцк, опс ОЦК, опс кл, КП, опс
ОЛС,
ОПС
ОЛС, КП оцк, КП ОЦК, КП
ОЛС, КЛ
ОЛС, кп
ОЛС, кл
ОПС, кл,
ОЛС, кл,
опс, кл, кп эв, кл, кп ЭВ, кл, кп
кп
кп
ОПС,кл,
КП
ОПС,
ОЦК
ОПС, оцк
ОПС,
ОЛС
ОПС, ЭВ
ОПС, эв
*
ОПС
КП, ОПС
КЛ, ОПС
кп, ОПС
кл, ОПС
Спазм
емкостных
сосудов
ВС, эв
кл, кп, эв
кл, кп,
опс
кл, кп,
ОПС
*
*
кп, кл
кл, кп
кл, кп
кл, кп
*
кл, кп, ОЦК
кл, кп, оцк
кл, кп, ОЛС
кл, кп
кл, кп
*
кл, кп,
ОЦК
кл, кп,
оцк
кл, кп,
ОЛС
кл, кп, ЭВ кл, кп, ЭВ
кл, кп, эв
кл, кп, опс
кл, кп, ОПС
*
*
кп, кл
кл, кп
ЛевожелуЛевожелуСпазм
дочковая
дочковая
Дилатация резистивТотальная
недостанедостаемкостГипоГипернедостаных
точность
и
точность
и
ных
сосудов волемия, волемия, гиперфунк- гипофунк- точность
сосудов
оцк
ОЦК
МКК,
ция правого ция правого сердца,
ВС, ЭВ
кл, кп
ОЛС
желудочка, желудочка,
кл, КП
кл, кп
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
П р и м е ч а н и е. БКК – большой круг кровообращения, МКК – малый круг кровообращения, ВС – венозная система. Маленькими буквами обозначено снижение функции, большими –
увеличение, жирными – один ведущий патологический процесс, звездочкой – несовместимые процессы.
кп, кл
*
*
кп, оцк
кп, ОЛС
кп, ЭВ
кп, эв
кп, опс
*
кп, КЛ
*
*
КЛ, кп
Гиперфункция
левого желудочка
кп
КП, кл
кл, кп,
тотальная
*
Недостаточность
правого желудочка
кп, кл,
тотальная
кл
Недостаточность
левого желудочка
Показатель
Недоста- Недоста- Гиперточность точность функция
левого
правого
левого
желудоч- желудоч- желудочка, кл
ка, кп
ка, КЛ
Спазм
Гипер- резистивДилатация
функция
резистивных
правого
ных
сосудов
желудочсосудов
БКК,
ка, КП
БКК, опс
ОПС
Таблица 5
Основные формы острой недостаточности кровообращения, встречающиеся в кардиохирургии (по данным архива НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
24
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
кровообращения. В следующей, четвертой части
статьи мы отразим результаты применения математических моделей в терапии, а также коснемся
социальных и экономических задач медицины.
14.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Бокерия Л. А., Борисов К. В., Блохина О. В. и др. Патологические и адаптивные реакции организма при хирургической коррекции гипертрофической обструктивной кардиомиопатии // X Ежегодная сессия НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы докл.
и сообщ. – М.: Изд-во НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН,
2006.
Бокерия Л. А., Бухарин В. И., Лищук В. А., Цховребов С. В.
Система показателей для оценки состояния и коррекции
нарушений кровообращения при хирургическом лечении
ИБС // II Ежегодная сессия НЦССХ им. А. Н. Бакулева
РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы докл. и сообщ. – 1998. – С. 30.
Бокерия Л. А., Викторов В. А., Лищук В. А. и др. Реализация
метрологической оценки контроля сердечно-сосудистой
системы с помощью современных информационных систем в кардиохирургической интенсивной терапии // Всероссийская научная конференция «Медицинская информатика накануне 21 века»: Тезисы докл. Ч. 1.– СПб.: Издво НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН, 1999. – С. 12–13.
Бокерия Л. А., Викторов В. А., Лищук В. А. Информационное обеспечение оперблока кардиохирургического стационара // IV Ежегодная сессия НЦССХ им. А. Н. Бакулева
РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы и докл.
– 2000. – С. 173.
Бокерия Л. А., Газизова Д. Ш., Затевахина М. В. и др. Взаимоотношения и вычисления показателей функции
и свойств гемодинамики // VI Всерос. съезд серд.-сосуд.
хирургов: Тезисы докл. и сообщ. – 2000. – С. 293.
Бокерия Л. А., Газизова Д. Ш., Лищук В. А. и др. Новые возможности экстренного мониторно-компьютерного контроля и обеспечения решений при сердечно-сосудистых
операциях и интенсивной терапии // I Ежегодная сессия
НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы докл. и сообщ. – М.: Изд-во НЦССХ
им. А. Н. Бакулева РАМН, 1997. – С. 14.
Бокерия Л. А., Леонов Б. И., Лищук В. А. Актуальность экспертизы (метрологической оценки) современных измерительных медицинских методик и приборов для интенсивной терапии, реанимации, функциональной диагностики
и кардиохирургии // Клин. физиол. кровообр. – 2005.
– № 3. – С. 65–78.
Бокерия Л. А., Лищук В. А. Интеллектуальное обеспечение
кардиохирургии. Памяти Николая Михайловича Амосова // Сердцево-судинна хiрургiя: Щорiчник науковых праць
Ассоцiацii сердцево-судинных хiрургiв Украiни. Вип. 11.
– К., 2003. – С. 71–76.
Бокерия Л. А., Лищук В. А. История применения математических моделей и перспективы разработки средств искусственного интеллекта для диагностики терапии // I Ежегодная сессия НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН с Всерос.
конф. молодых ученых: Тезисы докл. и сообщ.– М.: Издво НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН, 1997. – С. 9.
Бокерия Л. А., Лищук В. А. Становление клинической физиологии: актуальность согласования клинико-диагностических протоколов и патофизиологических процессов //
X Ежегодная сессия НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН
с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы докл. и сообщ.
– М.: Изд-во НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН, 2005.
Бокерия Л. А., Лищук В. А., Газизова Д. Ш. Журнал «Клиническая физиология кровообращения» – знания и методы физиологии в клинику // Х Всерос. съезд серд.-сосуд.
хирургов. – М.: Изд-во НЦССХ им. А. Н. Бакулева
РАМН, 2005.
Бокерия Л. А., Лищук В. А., Газизова Д. Ш. и др. 30 лет информатизации НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН и текущие задачи // Клин. физиол. кровообр. – 2006. – № 2. – С. 5–22.
Бокерия Л. А., Лищук В. А., Газизова Д. Ш. и др. Изменение
нозологической нормы в связи с развитием миниинва-
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
зивной кардиохирургии // IV Ежегодная сессия НЦССХ
им. А. Н. Бакулева РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы докл. – 2000. – С. 77.
Бокерия Л. А., Лищук В. А., Газизова Д. Ш. и др. Использование математических моделей в составе БИТ и матобеспечения операционных: обобщение тридцатилетнего
опыта // Автоматизированное рабочее место врача: Сб.
докл. Междунар. науч.-практ. конф. – Днепропетровск:
ИПК ИнКомЦентра УГХТУ, 2002. – С. 18–23.
Бокерия Л. А., Лищук В. А., Газизова Д. Ш. и др. Комплекс
аппаратно-программных средств диагностики и терапии
острой недостаточности кровообращения // VII международная научно-техническая конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии – ФРЭМЭ 2006»:
Докл. Кн. 1. – Владимир, Собор, 2006. – С. 260–263.
Бокерия Л. А., Лищук В. А., Газизова Д. Ш. и др. Компьютерный протокол диагностики острых нарушений кровообращения – предпосылки // X Ежегодная сессия
НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы докл. и сообщ. – М.: Изд-во НЦССХ
им. А. Н. Бакулева РАМН, 2006.
Бокерия Л. А., Лищук В. А., Газизова Д. Ш. и др. Математические модели сердца, кровообращения и дыхания в экспериментальных и клинических исследованиях: обобщение тридцатилетнего опыта // Серд.-сосуд. забол.: эксперим. исслед. – 2003. – Вып. 4, № 2. – С. 28–33.
Бокерия Л. А., Лищук В. А., Газизова Д. Ш. и др. Применение в интенсивной терапии знаний и методов физиологии кровообращения // X Всерос. съезд серд.-сосуд. хирургов. – М.: Изд-во НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН,
2005.
Бокерия Л. А., Лищук В. А., Газизова Д. Ш. Система показателей кровообращения для оценки состояния, выбора и коррекции терапии при хирургическом лечении ишемической
болезни сердца (нозологическая норма): Руководство. – М.:
Изд-во НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН, 1998. – 49 с.
Бокерия Л. А., Лищук В. А., Газизова Д. Ш., Ступаков И. Н.
Оценка качества лечения – компьютерная технология //
Математические методы в технике и технологиях.
ММТТ-2000: Сб. трудов 13 международной научной конференции. – СПб., 2000. – Т. 4, Секции 5, 7. – С. 91–94.
Бураковский В. И., Бокерия Л. А., Газизова Д. Ш. и др.
Компьютерная технология интенсивного лечения: контроль, анализ, диагностика, лечение, обучение. – М.,
1995. – 85 с.
Бураковский В. И., Лищук В. А. Индивидуальная терапия
при острой сердечно-сосудистой патологии // Биологическая и медицинская кибернетика: Материалы 2 Всесоюз. конф. Ч. 2. Физиологическая кибернетика. – М.–Л.,
1974. – С. 197–201.
Бураковский В. И., Лищук В. А., Газизова Д. Ш. Новая
система построения диагноза острых расстройств кровообращения и оценки подбора и дозировки лекарственных средств // Грудная и серд.-сосуд. хир. – 1993. – № 5.
– С. 8–14.
Бураковский В. И., Лищук В. А., Газизова Д. Ш. Использование математических моделей для классификации и диагностики острых нарушений кровообращения // Методы комплексной оценки недостаточности миокарда.
– Иркутск, 1983. – С. 3–23.
Бураковский В. И., Лищук В. А., Газизова Д. Ш. Классификация и диагностика острых нарушений кровообращения
с помощью математических моделей. – Киев: Ин-т кибернетики им. В. М. Глушкова АН УССР, 1983. – 28 с.
(Препринт № 83-47).
Бураковский В. И., Лищук В. А., Мосткова Е. В. Влияние
растяжимости и сократимости желудочка на сердечный
выброс у кардиохирургических больных при острой сердечной недостаточности // Грудная и серд.-сосуд. хир. –
1994. – № 2. – С. 4–10.
Газизова Д. Ш. Клинико-физиологическое представление о норме // Клин. физиол. кровообр. – 2005. – № 3.
– С. 49–60.
Газизова Д. Ш. Оперативный анализ расстройств сердечно-сосудистой системы с помощью современных мониторно-компьютерных средств: Дис. … д-ра мед. наук.
– М., 1998. – 250 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
Газизова Д. Ш. Построение и исследование классификации острых нарушений кровообращения с помощью современных алгоритмических методов: Дис. ... канд. мед.
наук. – М., 1987. – 242 с.
Затевахина М. В., Лищук В. А., Газизова Д. Ш., Веселова Ю.В.
Индивидуализация и статобобщения в кардиоанестезиологии ИБС // V Ежегодная сессия НЦССХ им. А. Н. Бакулева
РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы докл. и сообщ. – 2001. – С. 105.
Лищук В. А. Будущее России. Выбор стратегии государственного управления. – М.: ПЦК-Альтекс, 2000. – 118 с.
Лищук В. А. Еще раз о типичных ошибках при обработке
данных клинического и мониторного контроля // VII
Всерос. съезд серд.-сосуд. хирургов: Тезисы докл. и сообщ. – 2001. – С. 183.
Лищук В. А. Индексы сердечно-сосудистой системы //
Клин. физиол. кровообр. – 2004. – № 2. – С. 38–44.
Лищук В. А. Интеллектуальное обеспечение диагностики
и лечения нарушений кровообращения // Лекции по сердечно-сосудистой хирургии / Под ред. Л. А. Бокерия.
Изд. 2-е, доп. – М.: Изд-во НЦССХ им. А. Н. Бакулева
РАМН, 2001. – 348 с.
Лищук В. А. Математическая теория кровообращения. –
М.: Медицина, 1991. – 256 с.
Лищук В. А. Методика неинвазивного контроля и анализа
для кардиохирургической интенсивной терапии // I Ежегодная сессия НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы докл. и сообщ.
– 1997. – С. 17.
Лищук В. А. Модель субъекта: сообщение второе – обобщенный ресурс: X Ежегодная сессия НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы
докл. и сообщ. // Бюлл. НЦССХ им. А. Н. Бакулева
РАМН. – 2006. – Т. 7, № 3. – С. 170.
Лищук В. А. Модель субъекта: сообщение первое – обобщенный орган: X Ежегодная сессия НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы
докл. и сообщ. // Там же. – С. 169.
Лищук В. А. Модель субъекта: сообщение пятое – регуляция функций: X Ежегодная сессия НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы
докл. и сообщ. – М.: Изд-во НЦССХ им. А. Н. Бакулева
РАМН, 2006.
Лищук В. А. Модель субъекта: сообщение третье – транспорт ресурсов: X Ежегодная сессия НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы
докл. и сообщ. // Бюлл. НЦССХ им. А. Н. Бакулева
РАМН. – 2006. – Т. 7, № 3. – С. 170.
Лищук В. А. Модель субъекта: сообщение четвертое – обобщенная среда: X Ежегодная сессия НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: Тезисы докл.
и сообщ. // Там же. – С. 170.
Лищук В. А. Новые возможности обеспечения интенсивной терапии с помощью неинвазивного мониторно-компьютерного контроля // V Всерос. съезд серд.-сосуд. хирургов: Тезисы докл. и сообщ. – 1999. – С. 265.
Лищук В. А. Обоснование фундаментальности медицинской науки // Медицинская газета. – 1996. – № 29.
Лищук В. А. Общие свойства сердечно-сосудистой системы. – Киев: Ин-т кибернетики им. В. М. Глушкова АН
УССР, 1971. – 20 с. (Препринт № 71–15).
Лищук В. А. Отдел кибернетики // История Научного центра сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева
РАМН / Под ред. Л. А. Бокерия, А. А. Спиридонова. – М.:
Изд-во НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН, 1998. – 292 с.
46.
47.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
61.
25
Лищук В. А. Программно-аналитические комплексы в диагностике и интенсивной терапии // Материалы научнопрактической конференции «Медицинские информационные технологии». – М.: Изд-во ВВЦ, 2001.
Лищук В. А. Роль относительных величин в анализе сердечно-сосудистой системы // Клин. физиол. кровообр. – 2005.
– № 1. – С. 75–80.
Лищук В. А. Система закономерностей кровообращения //
Там же. – 2005. – № 4. – С. 14–24.
Лищук В. А. Технологии поддержки решений врача:
опыт НЦССХ им. Бакулева // VII Всероссийский съезд
сердечно-сосудистых хирургов: Тезисы докл. и сообщ.
– 2001. – С. 261.
Лищук В. А., Блохина О. В., Газизова Д. Ш. и др. Требования
к измерительным медицинским методикам и приборам
для современных задач интенсивной терапии, реанимации, функциональной диагностики и кардиохирургии //
VII международная научно-техническая конференция
«Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии –
ФРЭМЭ 2006»: Доклады. Кн. 1. – Владимир, Собор,
2006. – С. 44–47.
Лищук В. А., Бокерия Л. А. Математические модели и методы в интенсивной терапии: сорокалетний опыт.
К 50-летию НЦССХ им А. Н. Бакулева РАМН. Часть 1.
1966–1986 гг. // Клин. физиол. кровообр. – 2006. –
№ 1. – С. 5–16.
Лищук В. А., Бокерия Л. А. Математические модели и методы в интенсивной терапии: сорокалетний опыт.
К 50-летию НЦССХ им А. Н. Бакулева РАМН. Часть 2.
1986–1996 гг. // Там же. – 2006. – № 2. – С. 22–33.
Лищук В. А., Газизова Д. Ш. Система клинико-физиологических показателей кровообращения // Там же. – 2004.
– № 1. – С. 28–38.
Лищук В. А., Газизова Д. Ш., Лобачева Г. В. и др. Периоперационный мониторинг гемодинамики у кардиохирургических больных: новые возможности и старые недостатки // Анестезиол. и реаниматол. – 2006. – № 3.
Лищук В. А., Мосткова Е. В. Система закономерностей сердца // Клин. физиол. кровообр. – 2006. – № 1. – С. 16–22.
Сазыкина Л. В., Газизова Д. Ш., Добрышина Н. В. и др. Мониторно-компьютерный контроль: результаты и перспективы // XII Всерос. Съезд серд.-сосуд. хирургов: Тезисы
докл. и сообщ. – М.: Изд-во НЦССХ им. А. Н. Бакулева
РАМН, 2006.
Способ оценки качества кардиохирургического лечения:
Патент РФ № 2138048, 1999. Бокерия Л. А., Лищук В. А.,
Газизова Д. Ш.
Способ оценки эффективности фармакологических препаратов: Патент РФ № 2136219 от 10.09.99, публ. № 25 от
10.09.99. Бокерия Л. А., Лищук В. А., Газизова Д. Ш., Сазыкина Л. В.
Способ разделения компенсаторных и защитных реакций: Патент РФ № 2138048 от 28.07.97. Бокерия Л. А.,
Лищук В. А., Газизова Д. Ш.
Способ разделения патологических и компенсаторных
реакций сердечно-сосудистой системы: Патент РФ
№ 2153291. Бокерия Л. А., Лищук В. А., Газизова Д. Ш.
Цховребов С. В., Лищук В. А., Ткаченко А. В. и др. Анестезия при хирургическом лечении ишемической болезни сердца // Совместная научная сессия НЦССХ
им. А. Н. Бакулева РАМН и Воронежской областной
клинической больницы «Основные проблемы хирургического лечения ишемической болезни сердца». – Воронеж, 1999. – С. 50.
Поступила 15.01.2007
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
ИСТОРИЯ И ПЕРСОНАЛИИ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
26
ОБЗОРЫ
ОБЗОРЫ
© Е. В. МОСТКОВА, 2006
УДК 616.12:001.891.573
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СЕРДЦА
Е. В. Мосткова
Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева (дир. – академик РАМН Л. А. Бокерия)
РАМН, Москва
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
История
Первые математические модели сердца появились в конце 50-х годов XX в. Это были простые
модели, основанные на аналогии с электрическими схемами. Например, в работе S. Roston [51] –
одной из самых первых моделей – сердце представлено источником электрических импульсов
синусоидальной формы. Такой подход привел
к появлению целого направления в моделировании сердца, называемого методом прямых аналогий, основоположниками которого можно считать
J. Defares, K. Pater, J. Van den Berg, И. М. Тетельбаума, В. М. Хаютина [17, 23, 49].
Чуть позже появились публикации, в которых
сердце представлено источником гидравлического
давления, обладающим внутренним сопротивлением [16].
F. S. Grodins [29, 30] стал первым, кто взял за основу модели сердца закон Старлинга. Это направление имело много последователей (Guyton А. С.,
1963; Лищук В. А., 1967, 1968; Амосов Н. М. и соавт., 1964, 1977; Мироненко В. И., Мосткова Е. В.,
1980 и др.).
Пик интереса к разработке математических моделей сердца пришелся на 70–80-е годы. В этот период были опубликованы наиболее значительные
исследования. Это относится прежде всего к моделям миокарда [5, 10, 14, 25–28, 31, 42, 60]. Детально исследовались геометрические модели камер
сердца [31, 45, 46, 56, 60]. Интенсивно развивались
модели активации [4, 5, 12, 59, 60].
Современное состояние
моделирования сердца
Сегодня в публикациях, посвященных моделированию сердца, наблюдаются две параллельно существующие тенденции. Первая – создаются математические модели (ММ), детально
описывающие отдельные биохимические, биофизические, электрофизиологические и другие
процессы в миокарде. Например, модели метаболизма в клетках сердца [21, 22, 61], модели ионных потоков в миоцитах и формирования потенциала действия [19, 35, 53, 57].
Как правило, публикации посвящены усовершенствованию и усложнению некоторых исходных
моделей. Так, модель метаболизма в митохондриях
клеток сердца 2003 г. S. Cortassa и соавт. представлена системой 12 обыкновенных дифференциальных уравнений, задающих скорость изменения
мембранного потенциала митохондрии и концентрации Ca2+ в матриксе. А модель этих же авторов
2006 г., в которой добавлена еще и динамика концентрации натрия, описывается системой из 50
дифференциальных уравнений [21, 22]. Модели
этого класса предназначаются для изучения механизмов происходящих в миокарде процессов, проверки гипотез о природе этих механизмов. В частности, модели K. H. Tusscher и соавт. (2004 г.),
V. Iyer и соавт. (2004 г.) и другие воспроизводят
формирование потенциала действия, его зависимость от частоты сокращений, восстановление его
длительности при экстрасистолах. Эти возможности моделей делают их эффективным инструментом
для исследования механизмов аритмий риентри.
Авторы моделей данного класса обычно ограничивают рассмотрение только одним уровнем, не осуществляя привязки к гемодинамике – к функциям
сердца, поддающимся измерению в клинике: ударный и конечный диастолический объемы, давление
в полостях сердца, объем регургитации и др. Поэтому за последние 20 лет модели такого типа не смогли
быть использованы в клинической практике.
Вторая тенденция – разработка сложных имитационных моделей сердца и кровообращения
с помощью современных компьютерных систем
моделирования, например системы моделирования Research CardioVascular SIMulator (RCVSIM)
R. Mukkamala (2004 г., сайт www.physionet.org),
AutoRegressive Moving Average (ARMA или ARX)
M. H. Perrott, R. J. Cohen (1996 г.), системы моделирования кровообращения Самарского университета (Прошин А. П., Солодянников Ю. В.,
2006 г.) и др. Чаще всего для таких систем моделирования используют ауторегрессивные методы
[40, 50, 58]. Схематическое представление одной из
ауторегрессивных моделей приведено на рисунке 1.
Такие модели чаще всего не отражают физиологических и патофизиологических закономерно-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОБЗОРЫ
F–1
ILV
2
q
B11
B21
e1
e2
A21
А11
Σ
Σ
A22
A12
HR
SBP
Рис. 1. Схематическое представление ауторегрессивной
модели (Korhonen I., 1997).
ми уравнениями). Модель клапана учитывает влияние давления, трения при движении крови и со стороны тканей. Учтен эффект вихревых потоков крови возле лепестков клапана. На модели исследованы
здоровые клапаны и некоторые виды патологии:
стеноз митрального клапана и недостаточность аортального. Результаты согласуются с клиническими
данными руководств по кардиологии [39]. Следующее усовершенствование модели – включение математического описания предсердно-желудочкового
взаимодействия, в том числе сокращения предсердий и движения фиброзного кольца. С такими усовершенствованиями по модели можно предсказать
некоторые важные свойства, включая регургитацию, величину отношения E/A митрального потока,
движение фиброзного кольца и т. д. (Korakianitis T.,
Shi Y., 2006). К сожалению, такие сложные дополнения модели, как вихревые потоки, движение фиброзного кольца, применены к чрезвычайно упрощенной модели камер сердца в виде переменных
эластичностей. Поэтому, несмотря на успешные результаты моделирования движения лепестков клапанов, данные модели не могут адекватно отразить
работу сердца в целом.
Следует отметить, что довольно распространено использование электрических аналогов при моделировании сердца и сосудов. Так, в объемном
руководстве R. Mukkamala (2004 г.) по системе моделирования ССС RCVSIM модель пульсирующего сердца и ССС в сосредоточенных параметрах
представлена в виде электрических цепей (рис. 2).
стей работы сердца. Их авторы уделяют основное
внимание решению математических и технических проблем. Например, система моделирования
автоматически ищет наилучшую структуру модели
[50], совершенствуются алгоритмы идентификации таких ауторегрессивных моделей [48, 50, 58].
В интеллектуальной системе построения большой
модели кровообращения [36] используются методы системного анализа. Для структурного анализа
применяют два метода: редукция модели и анализ
графов с помощью интерпретативного структурного моделирования (ISM). С помощью редукции
модели удаляются связи «вход-выход» с коэффициентом передачи меньше
порогового [36]. На наш
взгляд, модели такого вида не
слишком эффективны для
клинических исследований.
Более приближены к практическим и научным задачам
кардиологии и кардиохирургии модели динамики сердечно-сосудистой системы, в которых делаются попытки использовать физиологические
представления [15, 33, 37–39,
47]. Например, за основу моделей, разрабатываемых в университете Глазго (Великобритания), авторы взяли модель
сердечно-сосудистой системы
(ССС) с сосредоточенными
параметрами, включающую
четырехкамерное сердце, системный и легочный круги кровообращения. Полости сердца представлены эластичными камерами, системное и Рис. 2. Электрический аналог модели пульсирующего сердца и ССС (Mukkamala R.,
легочное кровообращение – 2004).
модифицированной моделью В модели аналогом кровотока (здесь q) считается электрический ток, аналогом объемов кро(Q) – заряд, давления (P) – напряжение. Модель состоит из 6 отделов: левого и правого
Windkessel [37–39]. Эту исход- ви
желудочков (индексы l и r), системных артерий и вен (индексы a, v) и легочных артерий и вен
ную модель авторы усовер- (pa, pv). Каждый отдел представлен сопротивлением (R) потоку крови и элемента накоплешенствуют, добавляя описа- ния объема с эластичностью (C) и ненапряженным объемом (Q0). Два сопротивления и две
нелинейны. Соотношения «давление–объем» для левого и правого желудочние движения клапанов (оно эластичности
ков считаются линейными (характеризуются эластичностью и ненапряженным объемом),
задается дифференциальны- установлены ограничения на диастолический объем и систолическое давление желудочков.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
eu1
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
28
ОБЗОРЫ
В этой модели, так же, как и во многих других,
эластичность желудочков – переменная, и именно
характер изменения эластичности во времени задает пульсацию сердца. Клапаны сердца в модели
представлены четырьмя идеальными диодами. Таким образом, хотя в модели R. Mukkamala учтены
многие важные соотношения, подсоединены модели ССС и барорефлекторной регуляции, дыхательная активность, сердце представлено упрощенно. Конечно, вызывает уважение полнота
и законченность разработки R. Mukkamala: в руководстве приведено и матобеспечение, реализующее описанную ММ, рассмотрены возможности
вывода волновых форм и изменения параметров,
приведены примеры исследования на модели реакции ССС на изменение положения тела. Однако
примитивность заложенного в эту систему моделирования математического описания сердца не
позволяет использовать ее для исследования собственно функции сердца.
Еще несколько публикаций по математическому моделированию сердца заслуживают внимания. В Китае (Hao W. и соавт., 2003) и во Франции (Melchior F. и соавт., 1992) разработаны модели ССС для исследования реакций на ортостатический стресс. Китайская математическая модель, например, состоит из пяти подсистем:
1) наполнения левого желудочка (ЛЖ); 2) сокращения ЛЖ; 3) взаимодействия между ЛЖ и периферическим кровообращением; 4) перераспределения крови из-за наличия отрицательного давления; 5) барорефлекторной регуляции. Авторами проведена оценка модели по данным эксперимента. На основе ММ выполнено компьютерное имитационное моделирование. В публикации [33] приводятся результаты имитационного
исследования влияния гиповолемии на реакцию
ССС на ортостатический стресс. Реакции модели
существенно различаются в случаях, когда кровопотеря менее 5%; 15–20% и 25%. Результаты
моделирования подтвердили гипотезу, что гиповолемия – причина ортостатической нетолерантности.
Математическая модель ССС норвежских авторов (Elstad M. и соавт., 2002) состоит из сердца, артериального резервуара с линейной эластичностью и двух параллельных резистивных сосудистых
русел. В модель включена петля артериального барорефлекса, которая моделируется тремя объектами с отдельными областями временной обработки, каждая со своей временной постоянной, задержкой, усилением. Так моделируются действие
симпатического сигнала на периферическое сосудистое русло, парасимпатический сигнал на сердце и симпатический сигнал на сердце. Модель использовали с экспериментальными данными для
оценки параметров в цепи управления рефлексом.
Адекватность модели подтверждена на 10 субъектах. С помощью модельных исследований проверяли, можно ли реакцию ССС на начало физической нагрузки смоделировать только повышением
уставки барорефлекса и местной вазодилатацией
в нагруженных мышцах.
В публикации из Японии (Masuzawa T. и соавт., 1992) описана модель ССС, которая имитирует реакции на лекарственные воздействия. Модель состоит из трех подмоделей: 1) модель
транспорта импульса – представляет связь между
давлением и потоком в ССС, здесь ССС подразделена на 14 компонентов и моделируется с использованием аналогов – электрических цепей;
2) модель транспорта массы – состоит из 14 компартментов, соответствующих компонентам
ССС, эта модель представляет распределение
введенного препарата в компонентах ССС; 3) модель взаимодействия между транспортом импульса и транспортом массы – эта модель вызывает вариации параметров сопротивления и эластичностей (емкостей) в модели транспорта импульса, представленные как функция текущей
концентрации лекарства в соответствующем отделе модели транспорта массы. Желудочки сердца представлены переменными во времени эластичностями для имитации сердечного сокращения. Модель описывается системой 28 обыкновенных дифференциальных уравнений. Решение
системы проводится методом Эйлера на
Macintosh II. Авторами выполнена оценка модели по имитации реакции ССС на введение вазопрессора ангиотензин II.
Перечисленные в последних абзацах математические модели обладают, на наш взгляд, общим
свойством. Каждая разрабатывалась для анализа
некоторой специфической физиологической проблемы (исследования ортостатического стресса,
реакции на лекарственные воздействия, на начало
физической нагрузки) и не годится для исследования других процессов.
Постановка задачи
Анализ публикаций по математическим моделям сердца показал, что большинство из них посвящено моделированию какого-то одного процесса, например описанию ионных потоков
в клетках сердца, либо в моделях ССС само сердце
представлено крайне упрощенным, нефизиологичным описанием, либо в модели заложена специфика для исследования одной конкретной задачи. Нам представляется, что математическая модель сердца для применения в клинических и научных исследованиях должна удовлетворять следующим требованиям.
1. Модель должна адекватно отражать основные физиологические и патофизиологические закономерности сердца. Причем система этих закономерностей должна обладать свойствами непротиворечивости, полноты и достаточности.
2. Свойства и функции модели должны иметь
физиологическую интерпретацию.
3. Математическое описание модели должно
подразумевать возможность создания на его основе программного обеспечения.
4. В модели должна быть предусмотрена возможность имитации работы как здорового сердца,
так и различных видов патологии.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОБЗОРЫ
Если при анализе состояния сердца больного
пользоваться преимущественно какой-либо одной
зависимостью или характеристикой (например,
сократимостью или ЧСС), то, как правило, получается односторонняя картина, не отражающая
реального положения. Использование двух зависимостей и более может привести к противоречивым результатам, если выбор этих зависимостей
осуществлен произвольно, без обоснования. Задача полноты и достаточности контролируемых клинико-физиологических отношений, то есть сколько и каких характеристик сердца при той или другой патологии нужно учесть, как правило, не рассматривается и, можно сказать, не поставлена
(Лищук В. А., 2005).
Система закономерностей, обусловливающих
работу сердца, должна быть достаточно полной относительно возможностей современного контроля,
а также непротиворечивой, то есть не должна приводить к несовместным результатам. Анализ литературы и собственные исследования привели нас
к выбору системы физиологических и биофизических закономерностей сердца, которые подробно
рассмотрены в работах Е. В. Мостковой (1986 г.),
В. А. Лищука (1991 г.), В. А. Лищука, Е. В. Мостковой (2006 г.). Ниже кратко их перечислим.
1. Миокард в покое проявляет вязкоупругие
свойства и может быть представлен четырехэлементной реологической моделью (Glantz S., 1974).
2. При сокращении миокард развивает активное
напряжение, зависящее от исходной длины мышцы
(Hill A., 1938; Spiro D., Sonnenblick E., 1964).
3. Сокращение как желудочков, так и предсердий подчиняется гетерометрической саморегуляции (закону сердца Старлинга) (Starling E., 1918;
Амосов Н. М. и соавт., 1977).
4. Влияние артериального давления в отсутствие сердечной недостаточности подчиняется гомеометрическому закону саморегуляции (Sarnoff S. и соавт., 1960; Амосов Н. М. и соавт., 1977).
5. Сердце рассматривается как четырехкамерный резервуар. Связь давления в каждой камере
сердца с ее размерами и напряжением в стенке определяется законом Лапласа (Браунвальд Е. и соавт., 1974).
6. Поток крови через клапаны сердца определяется градиентом давления, сопротивлением
клапана и инерционностью крови (Lau V.,
Sagawa K., 1979).
7. Открытие клапана происходит в момент,
когда давление по одну сторону от клапана превысит давление по другую сторону. Закрытие клапана
обусловлено регургитацией некоторого объема
крови (Bellhouse B., 1976).
8. Тонус миокарда определяется соотношением постоянно сокращенных, постоянно растянутых и сокращающихся в соответствии с ритмикой
синусного узла саркомеров.
9. Последовательность активизации мышечных
волокон каждой из полостей сердца определяет радиальную и осевую скорости движения сердца.
В отобранных нами закономерностях биохимические и электрофизиологические процессы отражены в обобщенных интегральных свойствах (сократимости, диастолической активности, скорости потока крови, тонусе, времени изометрического сокращения и т. д.).
Вывод уравнений модели
Механика сердечной мышцы. Сердечная мышца
в покое проявляет вязкоупругие свойства [20, 27].
Для описания механики миокарда за основу можно
принять так называемое четырехэлементное представление сердечной мышцы (рис. 3, а). Такая конфигурация позволяет согласовать сократительные
и вязкоупругие свойства миокарда, не противоречащие экспериментальным данным (Изаков В. Я. и соавт., 1981). Для учета соотношения площадей поперечного сечения, занимаемых в сердечной мышце
компонентами, соответствующими параллельным
и последовательным эластическим элементам, перейдем от одномерной четырехэлементной модели
к ее пространственному аналогу (рис. 3, б).
В пространственной модели параллельный эластический элемент заменен пассивным эластичным веществом, в которое погружены одномерные
активные сократительные нити [31]. Напряжение σ
вдоль направления нитей будет определяться суммой силы упругости, возникающей в эластичном
веществе при его деформации (Fэ=σэSэ), и силы,
развиваемой в сократительных нитях (Fс=σсSс ):
σ = σэSэ+σсSс,
(1)
где σс, σэ – напряжения соответственно в сократительных нитях и эластичном веществе; S – площадь
а
б
Рис. 3. Реологическая модель миокарда.
а – четырехэлементная модель (Изаков В. Я. и соавт., 1979).
Сократительный элемент (СЕ) способен укорачиваться при
возбуждении, с ним связаны последовательный (SE) и параллельный (PE) упругие элементы. Для адекватного описания
расслабления миокарда параллельно сократительному включен вязкостный элемент (VE).
б – пространственная модель (Grood Е. и соавт., 1979). Fc – сила,
развиваемая сократительными нитями, Fэ – сила упругости, возникающая в эластичном веществе, σ – напряжение, S – площадь.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Система закономерностей
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
30
ОБЗОРЫ
рассматриваемой области, перпендикулярная направлению сократительных нитей (S=Sс+Sэ); Sс
и Sэ – части площади, занимаемые сократительными нитями и эластичным материалом соответственно. Уравнение (1) позволяет учесть соотношение между сечениями параллельного и последовательного упругих элементов, которые зависят от регуляции и состояния мышцы. В норме отношения
Sс /S и Sэ/S составляют 0,07 и 0,93 [31].
Напряжения σэ и σс определяются относительными деформациями параллельного (ε) и последовательного (εSE = ε – εCE ) элементов, а также упругими свойствами эластичного вещества и сократительных нитей. Для модулей упругости эластических элементов примем линейные аппроксимации:
dσэ
dε = aσэ+b,
dσc
dεSE = cσc+d,
фициент сократимости, Uс – параметр линейной
аппроксимации зависимости Старлинга.
Распространим это соотношение на связь между
мгновенными значениями скорости сокращения
сократительных элементов и объемом полости:
⋅
VСЕ = χ(VСЕ (t)–Uс ),
здесь VCE – объем полости за вычетом той части, которая обусловлена растяжением последовательных
эластических элементов. При этом так подберем
коэффициент пропорциональности χ, чтобы установленное экспериментально интегральное соотношение (4) оставалось в силе. Решение дифференциального уравнения (5) при начальных условиях
VCE (0)=Vкд приводит к следующему выражению для
коэффициента пропорциональности:
χ=
где a, b, c, d – константы, что приводит к следующим выражениям для напряжений:
kPE ε
σэ=ЕРЕ (e
–1),
kSE εSE
σс=ЕSЕ (e
–1),
(2)
где EPE, kPE, ESE, kSE – параметры, характеризующие упругие свойства эластичного вещества и сократительных нитей.
В пассивном состоянии сократительный элемент считается свободно растяжимым, а включенный параллельно ему вязкостный элемент (VE) определяет скорость расслабления мышцы. В простейшем случае скорость изменения длины VE (ε⋅VE =ε⋅CE )
пропорциональна напряжению в нем [28]:
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
ηε⋅V E = σVE ,
(3)
где η – коэффициент вязкости миокарда, σVE – напряжение в вязком элементе. Учитывая, что в пассивном состоянии σСЕ = 0, имеем σVE = σс.
Уравнения 1–3 определяют реологию пассивного миокарда.
Сокращение и возбуждение. С точки зрения поставленной задачи нас интересуют сократительные свойства сердца как целого органа. Чтобы избежать усложнения описания и значительного
роста числа параметров, не будем рассматривать
детально процесс возникновения и проведения
возбуждения в миокарде, а зададим переход от диастолы к систоле внешним по отношению к миокарду образом – сменой математических выражений, описывающих движение сократительных
элементов при сокращении и расслаблении.
Для описания сокращения сократительных
элементов воспользуемся линейной аппроксимацией зависимости Старлинга:
Vуд=k(Vкд–Uс),
(4)
здесь Vуд и Vкд – ударный и конечный диастолический объемы желудочка, k – насосный коэффициент, который можно интерпретировать как коэф-
(5)
ln(1–k),
τс
(6)
где τс – длительность систолы.
Переход от описания в дискретных величинах
(Vкд и Vуд) к такому непрерывному описанию позволяет исключить недетерминированность формы
выброса сердца в период систолы, естественным
образом учесть инерционность гетерометрической
регуляции в динамике. Здесь опять взята простейшая (линейная) аппроксимация. Как и в предыдущих случаях, если появятся основания, ее можно
заменить любой установленной более адекватной
нелинейной зависимостью.
Гомеометрическая саморегуляция. В 60-е годы
ХХ в. работами Амосова и Сарнова была доказана
независимость в норме минутного выброса левого
и правого сердца от давления в аорте и легочной артерии – открыта гомеометрическая саморегуляция
сердца (Амосов Н. М., 1964, 1977; Лищук В. А.,
1967; Sarnoff S. I., Mitchell J. R. и соавт., 1960, и др.).
Она учтена в модели невключением этих давлений
в уравнения динамики сокращения желудочка.
Геометрия сердца. Сердце рассматривается как
четырехкамерный резервуар. При выборе геометрической модели сердца для простоты можно
предположить, что каждая полость (резервуар)
сердца – тонкостенная сфера. При этом связь давления в полости каждой камеры сердца с напряжением в стенке и размерами полости определяется
законом Лапласа для тонкостенной сферы [3, 14]:
σ(t ) =
P (t )⋅R (t ),
2h
(7)
где σ( t ) – напряжение в стенке полости, P(t ) –
давление внутри нее, R(t ) – радиус сферы, h – толщина стенки.
При выборе геометрической модели сердца мы
решили не усложнять ее заранее какой-либо спецификой, учитывая, что переход к сложным геометрическим моделям вносит незначительные изменения в рассчитанные значения сердечного выброса.
Так, при описании желудочка сердца как тонко-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОБЗОРЫ
Lq⋅ лж,а(t)+rqлж,а(t)=Pлж(t)–Pa(t),
(8)
где Pа(t), Pлж(t) – давления в артерии и левом желудочке соответственно.
Открытие клапана происходит в момент, когда
давление по одну сторону от клапана превысит давление по другую сторону. Проводимость открытого
клапана ρ=ρ* и остается постоянной в течение всего периода изгнания крови из полости сердца.
Начало закрытия клапана будем считать обусловленным процессом замедления тока крови через клапан, а окончательное закрытие – обратным
током (регургитацией) некоторого объема крови
∆(t) (Bellhouse В., 1976).
0, при qлж,а>0
∆= ∫t q (τ)dτ, при q ≤0,
лж,а
лж,а
{
τ1
где τ1 – момент времени, начиная с которого поток поменял направление.
Величина проводимости обратному току крови
ρ будет уменьшаться от величины ρ* с увеличением объема регургитации. По достижении ∆(t) некоторой критической величины ∆(t)=∆*ρ становится равной нулю и сохраняет нулевое значение
до начала следующего периода изгнания. Такую
форму проводимости клапана в виде сглаженной
ступеньки можно описать функцией:
ρ*, при ∆=0
2ρ*
ρ(∆)=
, при |∆|<∆*.
1+е–β∆
0, при |∆|≥∆*
{
(9)
В этом выражении β – постоянная для данного
клапана величина, характеризующая скорость снижения проводимости потоку крови при ее течении
в обратном направлении. Выражения (9) можно записать для остальных клапанов сердца, они будут отличаться лишь значениями постоянных: β, ρ* и ∆*.
Обобщая введенные соотношения (1–9) и дополняя их выражениями, связывающими линейные и пространственные размеры сферы, получим
математическую модель функционирования полости сердца (например, левого желудочка) во время
сердечного цикла (время – независимая переменная) в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений, достаточно громоздкую, чтобы
приводить ее в рамках этой статьи (Мосткова Е. В.,
1986). Работа правого желудочка описывается аналогичной системой уравнений, но со своими значениями параметров. Модели предсердий будут отличаться от желудочков коэффициентами сократимости, размерами, толщиной стенок, эластическими
свойствами и временными параметрами. Форма же
уравнений (1–9) сохраняется и для предсердий.
Программная реализация модели
Алгоритм решения полученной системы дифференциальных уравнений был реализован в виде
двух вариантов компьютерных программ:
– для изолированного сердца;
– для сердечно-сосудистой системы с пульсирующим сердцем.
Разработанное программное обеспечение позволяет в диалоговом режиме:
– задавать или изменять свойства полостей
сердца (и сосудистых резервуаров);
– выбирать функции для вывода на экран результатов моделирования;
– задавать начальные условия, время наблюдения и т. д.
Для заданных параметров и начальных значений программа строит по модели волновые формы
давлений, объемов и потоков в выбранных участках ССС, а также рассчитывает ударный и сердечный выброс на каждом цикле сокращения сердца.
В программу включен в качестве исходного
стандартный набор параметров (свойств) полостей
сердца и сосудистых резервуаров для «среднего человека», полученный в результате проведенных
исследований и анализа литературных данных.
Пользователь в диалоговом режиме изменяет
лишь нужные свойства или начальные значения.
Исследование модели
На разработанной математической модели сердца мы провели исследования, заключающиеся в:
– подтверждении адекватности модели экспериментальным и клиническим данным;
– формировании набора значений параметров
модели сердца для условий «нормы»;
– анализе чувствительности гемодинамических функций к параметрам сердца;
– исследовании влияния изменения свойств
сердца в норме и при патологии на вид кривых
давления и потоков в камерах сердца.
Ввиду ограниченного объема статьи не будем
подробно останавливаться на результатах исследования (Мосткова Е. В., 1986). Приведем для
примера лишь данные о чувствительности гемодинамических функций к параметрам сердца.
Для расчета чувствительности СИ к изменениям
свойств сердца (S i) мы изменяли каждое из
свойств сердца (∆Пi /Пi ) на 10%, определяли по
модели изменения СИ (∆CИ) и рассчитывали
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
стенной оболочки расхождение с результатами расчетов для толстостенных оболочек не превышает
15% – для эллипсоида и 5% – для сферы (Mirsky J.,
1969). Естественно, если проводятся измерения
размеров сердца, например при эхокардиографических или ангиографических исследованиях,
можно перейти к более адекватной, в частности
толстостенной и эллиптической по форме, модели.
Клапаны сердца. В математическом описании
тока крови через клапаны сердца учтем вязкостную
компоненту сопротивления клапана r =ρ–1 и инерционность потока крови (L). Инерционностью клапана пренебрежем, поскольку она мала по сравнению с инерционностью потока крови. Тогда поток
крови, например, через аортальный клапан qлж,а(t)
определяется градиентом давления на клапане, его
сопротивлением и инерционностью крови:
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
32
ОБЗОРЫ
коэффициенты относительной чувствительности: Si = (∆CИ/СИ)/(∆Пi /Пi ). Результаты этого
исследования таковы: V0=1,67; k=1,47; Uc=–0,60;
EPE=–0,43; ESE=0,37; ρ =0,12; L=–0,09; η=–0,01.
Следовательно, наиболее сильное влияние на
СИ оказывают ненапряженный объем желудочка
(V0) и сократимость миокарда (k). Менее выражено и примерно равносильно влияние систолического тонуса (Uc; определяется сдвигом вправо зависимости Старлинга), а также жесткости параллельных (EPE) и последовательных (ESE) эластических элементов. Влияние вязких свойств миокарда
(η), проводимости митрального клапана (ρ)
и инерционности потока крови (L) на СИ в условиях нормы очень мало. Путем такого модельного
анализа можно установить, изменение каких
свойств в данной ситуации может привести к существенному повышению СИ или, наоборот, является критичным звеном в снижении СИ и развитии сердечной недостаточности.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Заключение
Анализ современного состояния проблемы математического моделирования сердца показал, что
чаще всего в моделях ССС само сердце представлено крайне упрощенным, нефизиологичным описанием, либо в модели заложена специфика для исследования одной конкретной задачи. В другом
классе моделей описывается, как правило, какойлибо один процесс, например ионные потоки
в клетках сердца, при этом нет перехода к функции
сердца в целом, в частности к ударному объему.
Нами разработана математическая модель сердца
для применения в клинических и научных исследованиях, которая адекватно отражает основные физиологические и патофизиологические закономерности сердца. Причем система этих закономерностей
обладает свойствами непротиворечивости, полноты
и достаточности. Свойства и функции модели имеют
физиологическую интерпретацию. На основе математического описания модели создано программное
обеспечение для имитации работы как здорового
сердца, так и различных видов патологии.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Амосов Н. М., Лищук В. А., Пацкина С. А. и др. Саморегуляция сердца. – Киев: Наукова думка, 1977. – 245 с.
Амосов Н. М. Регуляция жизненных функций и кибернетика. – Киев: Наукова думка, 1964.
Браунвальд Е., Росс Дж., Зонненблик Е. Х. Механизмы сокращения сердца в норме и при недостаточности. – М.: Медицина, 1974. – 175 с.
Изаков В. Я., Иткин Г. П., Мархасин В. С. и др. Биомеханика
сердечной мышцы. – М.: Наука, 1981. – 328 с.
Изаков В. Я., Цатурян А. К., Шидловский В. А. Математическая модель сократительной деятельности и хроноинотропии миокарда // Вопросы кибернетики. – 1977. – Вып. 36.
– С. 53–59.
Лищук В. А. Алгоритм функционирования и управления левого желудочка сердца: Дис. … канд. техн. наук. – Киев,
1968. – 175 с.
Лищук В. А. Математическая теория кровообращения. – М.:
Медицина, 1991. – 256 с.
Лищук В. А. Построение алгоритма функционирования левого сердца // Автоматика. – 1967. – № 3. – С. 60–75.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
Лищук В. А. Система законов кровообращения // Клин. физиол. кровообр. – 2005. – № 4.
Лищук В. А., Мосткова Е. В. Математическая модель сердца для интенсивной терапии и острого физиологического
эксперимента // Применение математических моделей
в клинике сердечно-сосудистой хирургии. – М.: Мир,
1980. – С. 49–61.
Лищук В. А., Мосткова Е. В. Система закономерностей сердца // Клин. физиол. кровообр. – 2006. – № 1.
– С. 16–22.
Мархасин В. С., Цатурян А. К., Быков Б. Л. и др. Исследование реологических свойств миокардиальной ткани // 2 Всес.
конф. по пробл. биомеханики. – Рига, 1979. – С. 198.
Мироненко В. И., Мосткова Е. В. Математическая модель
сердца, ориентированная на клинику // Применение математических моделей в клинике сердечно-сосудистой
хирургии. – М.: Мир, 1980. – С. 30–40.
Мосткова Е. В. Математическая модель сердца для применения в кардиохирургической клинике: Дис. … канд.
биол. наук. – М., 1986.
Прошин А. П., Солодянников Ю. В. Математическое моделирование системы кровообращения и его практические
применения // Автоматика и телемех. – 2006. – Т. 67, № 2.
Сахаров М. П. О выходных характеристиках сердца // Некоторые проблемы биокибернетики и применение электроники в биологии и медицине. – Киев, 1969. – С. 28–39.
Тетельбаум И. М. Электрические аналоги ССС как метод
установления новых динамических критериев // Вестник
АМН СССР. – 1968. – № 5. – С. 13–19.
Bellhouse B. J. Fluid mechanics of a model mitral valve // The
Mitral Valve. – London, 1976. – P. 99–110.
Bernus O., Wilders R., Zemlin C. W. et al. A computationally efficient electrophysiological model of human ventricular cells //
Amer. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. – 2002. – Vol. 282,
№ 6. – P. H2296–2308.
Capello A., Comincioli V., Minelli R. Study and parameters identification of a rheological model for excised quiescent cardiac muscle // J. Biomech. – 1981. – Vol. 14, № 1. – P. 1–11.
Cortassa S., Aon M. A., Marban E. et al. An integrated model of
cardiac mitochondrial energy metabolism and calcium dynamics // Biophys. J. – 2003. – Vol. 84, № 4. – P. 2734–2755.
Cortassa S. C., Aon M. A., O’Rourke B. et al. A computational
model integrating electrophysiology, contraction and mitochondrial bioenergetics in the ventricular myocyte // Biophys. J.
– 2006. – Vol. 5.
Defares J. G., Osborn J. J., Hara U. U. Theoretical synthesis of the
cardiovasc. system // Acta Physiol. Pharmacol. – 1963.
– Vol. 12, № 3. – P. 189–265.
Elstad M., Toska K., Walloe L. Model simulations of cardiovascular changes at the onset of moderate exercise in humans //
J. Physiol. – 2002. – Vol. 543 (Pt 2). – P. 719–728.
Fung Y. C. Mathematical representation of the mechanical properties of the heart muscle // J. Biomech. – 1970. – Vol. 3.
– P. 381–404.
Ghista D. N., Patil K. M., Woo K. B. A human left ventricular control system model for cardiac diagnosis // J. Biomech.
– 1972. – Vol. 5. – P. 365–390.
Glantz S. A constitutive equation for the passive properties of muscle // J. Biomech. – 1974. – Vol. 7, № 2. – P. 137–145.
Glantz S. A three-element description for muscle with viscoelastic passive elements // J. Biomech. – 1977. – Vol. 10,
№ 1. – P. 5–20.
Grodins F. S. Integrative cardiovascular physiology // Quart. Rev.
Physiol. – 1959. – Vol. 34. – P. 93–116.
Grodins F. S., Buoncristiani J. E. General formulation of the
cardiovascular control problem – mathematical models of the
mechanical system // Physical bases of circulatory transport.
– London, 1967. – P. 61–75.
Grood E. S., Phillips C. A., Mates R. E. Contractile filament stress
in the left ventricle and its relationship to wall stress // Trans.
ASME J. Biomech. Engl. – 1979. – Vol. 101, № 4. – P. 225–231.
Guyton A. C. Cardiac output and its regulation. – Philadelphia,
1963. – 468 p.
Hao W. Y., Bai J., Wu X. Y., Zhang L. F. Simulation study of the
effects of hypovolaemia on cardiovascular response to orthostatic stress // Med. Biol. Engl. Comput. – 2003. – Vol. 41,
№ 1. – P. 44–51.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
Hill A. V. Heat of shortening and dynamic constants of muscle //
Proc. Roy. Soc. – 1938. – № 126. – P. 136–195.
Iyer V., Mazhari R., Winslow R. L. A computational model of the
human left-ventricular epicardial myocyte // Biophys. J. – 2004.
– Vol. 87, № 3. – P. 1507–1525.
Kitamura T. A computer-aided approach to the structural analysis
and modification of a large circulatory system model // IEEE
Trans. Biomed. Engl. – 1999. – Vol. 46, № 5. – P. 485–493.
Korakianitis T., Shi Y. A concentrated parameter model for the
human cardiovascular system including heart valve dynamics and
atrioventricular interaction // Med. Engl. Phys. – 2006. – Vol. 28,
№ 7. – P. 613–628.
Korakianitis T., Shi Y. Effects of atrial contraction, atrioventricular interaction and heart valve dynamics on human cardiovascular
system response // Ibid. – 2006. – Vol. 28, № 8. – P. 762–779.
Korakianitis T., Shi Y. Numerical simulation of cardiovascular dynamics with healthy and diseased heart valves //
J. Biomech. – 2005. – Vol. 2.
Korhonen I. Multivariate closed-loop model for analysis of cardiovascular dynamics // Meth. Inform. Med. – 1997. – Vol. 36.
– P. 264–267.
Lau V. K., Sagawa K. Model analysis of the contribution of atrial
contraction to ventricular filling // Ann. Biomed. Engl. – 1979. –
Vol. 7. – P. 167–201.
Loeffler L., Sagawa K. Aone-dimensional viscoelastic model of cat
heart muscle // Circ. Res. – 1975. – Vol. 36. – P. 498–512.
Masuzawa T., Fukui Y., Smith N. T. Cardiovascular simulation using a multiple modeling method on a digital computer–simulation of interaction between the cardiovascular
system and angiotensin II // J. Clin. Monit. – 1992. – Vol. 8,
№ 1. – P. 50–58.
Melchior F. M., Srinivasan R. S., Charles J. B. Mathematical
modeling of human cardiovascular system for simulation of
orthostatic response // Amer. J. Physiol. – 1992. – Vol. 262, № 6
(Pt 2). – P. H1920–1933.
Mirsky J. Effects of external pressures on the P-V relation of
the left ventricle // Bull. Math. Biol. – 1978. – Vol. 40, № 4.
– P. 465–482.
Mirsky J. Left ventricle stresses in the intact human heart //
Biophys. J. – 1969. – № 9. – P. 189–208.
Mukkamala R. A cardiovascular simulator for research user’s
manual and software guide. – Cambridge, 2004. – 54 p.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
61.
Mukkamala R., Cohen R. A forward model-based validation of
cardiovascular system identification // Amer. J. Physiol. – 2001. –
Vol. 281. – P. H2714–H2730.
Pater K., Van den Berg J. An electrical analogue of the entire
human circulatory system // Med. Electron. Biol. Engl. – 1964. –
Vol. 2. – P. 161–166.
Perrott M. H., Cohen R. J. An efficient approach to ARMA modeling of biological systems with multiple inputs and delays // IEEE
Trans. Biomed. Engl. – 1996. – Vol. 43, № 1. – P. 1–14.
Roston S. Mathematical formulation of cardiovascular dynamics
by use of the Laplas transform // Bull. Math. Biophys. – 1959. –
Vol. 21. – P. 1–11.
Sarnoff S. I., Mitchell J. R. et al. Homeometric autoregulation in
heart // Circ. Res. – 1960. – Vol. 8. – P. 1077–1087.
Shannon T. R., Wang F., Puglisi J. et al. A mathematical treatment
of integrated Ca dynamics within the ventricular myocyte //
Biophys J. – 2004. – Vol. 87, № 5. – P. 3351–3371.
Spiro D., Sonnenblick E. H. Comparison of ultrastructural basis of
contractile process in heart and skeletal muscle // Circ. Res. –
1964. – Vol. 15. – P. 14–37.
Starling E. H. Linacre lecture on low of the heart. – London,
1918. – 27 p.
Tozeren A. Static analysis of the left ventricle // Trans. ASME:
J. Biomed. Engl. – 1983. – Vol. 105, № 1. – P. 39–46.
Tusscher K. H., Noble D., Noble P. J., Panfilov A. V. A model for
human ventricular tissue // Amer. J. Physiol. Heart Circ.
Physiol. – 2004. – Vol. 286, № 4. – P. H1573–1589.
Wang H., Lu S., Ju K., Chon K. H. A new approach to closed-loop
linear system identification via a vector autoregressive model // Ann. Biomed. Engl. – 2002. – Vol. 30, № 9.
– P. 1204–1214.
Wong A. Y. K. Mechanics of cardiac muscle, based on Huxley’s
model: mathematical simulation of isometric contraction //
J. Biomech. – 1971. – Vol. 4. – P. 529–540.
Wong A. Y. K. Myocardial mechanics: Application of sliding filament theory to isovolumic contraction of the left ventricle //
Ibid. – 1973. – Vol. 6. – P. 5659–5581.
Zhou L., Cabrera M. E., Okere I. C. et al. Regulation of myocardial
substrate metabolism during increased energy expenditure:
insights from computational studies // Amer. J. Physiol. Heart
Circ. Physiol. – 2006. – Vol. 21.
Поступила 11.12.2006
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2006
УДК 616.127-007.61
ГИПЕРТРОФИЧЕСКАЯ КАРДИОМИОПАТИЯ:
КЛИНИКО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ И МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПАРАЛЛЕЛИ
Л. А. Бокерия*, К. В. Борисов*, Е. В. Шляхто**, Е. Н. Семернин**,
А. Я. Гудкова**, Ю. В. Прелатова*
*Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева (дир. – академик РАМН Л. А. Бокерия)
РАМН, Москва; **Научно-исследовательский институт кардиологии им. В. А. Алмазова (дир. – член-корр.
РАМН Е. В. Шляхто), Санкт-Петербург
Проведен анализ экспериментальных и клинических данных о характере генетических мутаций и особенностях их фенотипических проявлений при семейных и спорадических формах гипертрофической кардиомиопатии. Приводится описание морфофункциональных изменений
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
34.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
34
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
миокарда при мутациях разных генов и различных мутациях одного гена. Дано описание клинических вариантов течения заболевания, которые определяются как характером мутационных
изменений, так и различными модифицирующими факторами. Обсуждаются существующие
гипотезы патогенеза первичных гипертрофических кардиомиопатий.
К л ю ч е в ы е с л о в а: кардиомиопатии, генотип, мутации, фенотип.
In the review the analysis of experimental and clinical data about character of genetic mutations and
their phenotipical features displays is lead at family and sporadic forms hypertrophic cardiomyopathy.
The description morpho-functional changes of a myocardium is resulted at mutations of different genes
and various mutations of one gene. The description of clinical variants of current disease which are
defined both character of mutational changes, and various modifying factors is given. Existing hypotheses of pathogenesis primary hypertrophic cardiomyopathy are discussed.
K e y w o r d s: cardiomyopathies, genotype, mutations, phenotype.
Новейшая история исследований в области
первичных кардиомиопатий насчитывает около 15
лет. Открытие причинных мутаций в генах, кодирующих выработку сократительных и цитоскелетных белков саркомера, и использование генетически модифицированных животных моделей составляют основу современного понимания первичных кардиомиопатий (см. рисунок).
Генетическая детерминированность доказана
в 35–40% случаев гипертрофической кардиомиопатии (ГКМП) (Fatkin D., Graham R., 2002; Marian
Roberts, 2001).
Далее мы приведем краткие сведения об особенностях гипертрофии миокарда и клинического течения заболевания (фенотипа) в зависимости от конкретной «причинной» мутации (генотипа) при семейных и спорадических формах заболевания.
Легкие цепи
миозина (essential)
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Сердечный
тропонин I
Миозинсвязывающий
белок С
Гены,
ответственные
за ГКМП
Легкие цепи миозина
(regulatory)
Тяжелые
цепи
β-миозина
Гамма-субъединица
протеинкиназы А
Калиевые
каналы
Мутации гена, кодирующего выработку
белка тяжелых цепей β-миозина
β-МНС)
(β
Миозин является основным белком, входящим
в состав толстых филаментов. На его долю приходится до 40% белковой массы миокарда. Мутация
гена β-миозина была первой, которую описали
в качестве причины развития ГКМП в 1990 г. [14].
Среди описанных к настоящему времени мутаций
одни являются «доброкачественными», другие,
напротив, «злокачественными». В большинстве
случаев мутации гена β-миозина связаны с высокой пенетрантностью, ранней манифестацией заболевания, выраженной гипертрофией левого желудочка и высоким риском внезапной смерти. Показано, что в случае мутаций гена β-миозина плохой прогноз заболевания напрямую зависит от
степени гипертрофии миокарда. Одной из наиболее «злокачественных» является R403Qмутация, которая часто имеет 100% пенетрантность и связана с высоким риском внезапной смерти. При исследовании модели генетически модифицированных мышей, несущих R403Q-мутацию гена α-миозина, фенотипические проявления заболевания были
сходны с таковыми при ГКМП у людей.
При гетерозиготном наследовании отмечались прогрессивная гипертрофия левого желудочка, признаки гипертрофии миоцитов, интерстициальный фиброз и феномен, известный из англоязычной литературы как disarray
(дизэррей) – беспорядочное расположение
кардиомиоцитов и мышечных волокон.
Десмин
Гены,
ответственные
за ДКМП
Ламин А/С
Дистрофин
Тайтин
Таффазин
Актин
Гены, ответственные
за ГКМП и ДКМП:
✔ Сердечный тропонин Т
✔ Тяжелые цепи сердечного β-миозина
✔ α-тропомиозин
✔ Сердечный актин
✔ Тайтин
Генетическая природа первичных кардиомиопатий.
Мутации гена, кодирующего
выработку миозинсвязывающего
белка С (МСБ-С)
В организме человека экспрессируются три
изоформы МСБ-С – две скелетные и одна
кардиальная, имеющаяся только в миокарде.
ГКМП, возникающая вследствие мутации гена МСБ-С, имеет характерные клинические
особенности. В большинстве случаев заболевание манифестирует поздно, и болезнь протекает относительно доброкачественно. Пенетрантность заболевания в возрасте до 50 лет
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
может составлять 50% по данным ЭКГ, и лишь 40%
больных к этому возрасту могут иметь эхокардиографические (ЭхоКГ) признаки ГКМП. Это обусловливает относительно высокую продолжительность жизни таких больных по сравнению с имеющими другие мутации генов при ГКМП. Однако
мутации гена МСБ-С по механизму делеции со
сдвигом рамки считывания или сплайсинговые
мутации, приводящие к синтезу неполных форм
белка, имеют более выраженную клиническую
картину заболевания [10]. Другой характерной
чертой заболевания на фоне мутаций МСБ-С является низкая частота синдрома внезапной смерти. При этом, по данным некоторых исследователей, ряд точечных мутаций МСБ-С ассоциирован
с большей частотой внезапной смерти на фоне физической нагрузки [27]. Еще одной чертой ГКМП
на фоне мутаций гена МСБ-С является возможность развития со временем систолической дисфункции левого желудочка (ЛЖ) и переход ГКМП
в дилатационную фазу. Частота этого феномена,
особенно в пожилом возрасте, может достигать
40% [18]. Учитывая доброкачественный вариант
течения заболевания и его позднюю манифестацию, таким больным может быть ошибочно поставлен диагноз дилатационной кардиомиопатии
(ДКМП). Проведение дифференциального диагноза осложняется тем, что при морфологическом
исследовании миокарда больных с дилатационной
фазой ГКМП на фоне мутации гена МСБ-С могут
отсутствовать признаки гипертрофии миокарда
и disarray. Поэтому у пожилых больных с ДКМП
необходимо исключать дилатационную фазу
ГКМП, вызванную мутацией гена МСБ-С.
Мутации генов,
кодирующих выработку белков
Тропонин I является одним из компонентов тропонин-тропомиозинового комплекса и отвечает за
Са++-чувствительное ингибирование актин-миозинового взаимодействия. В организме человека
существуют две изоформы тропонина I – скелетная и сердечная. К настоящему моменту описано
8 мутаций тропонина I, приводящих к развитию
ГКМП [11]. Большинство из них по механизму являются точечными. Две из описанных мутаций затрагивают ингибиторный регион молекулы, оставшиеся – дистальную ее часть. Последствия мутации ингибиторного региона и мутации дистальной
части гена различны [6]. При повреждении ингибиторного участка молекулы основным следствием является уменьшение ингибиторного влияния
тропонина I на тонкие филаменты и актин-тропомиозинактивированную миозиновую АТФ-азу.
Вследствие этого даже в процессе диастолы при
низкой концентрации ионов Са++ в цитоплазме
тонкие филаменты частично остаются связанными с миозином, что приводит к нарушению изоволюмической релаксации и раннего быстрого диастолического заполнения желудочков. Клинически это проявляется развитием диастолической
дисфункции и снижением максимальной силы со-
35
кращения миокарда. В механизме патологического воздействия мутаций дистальной части молекулы основной эффект реализуется через снижение
чувствительности тропонинового комплекса к ионам Са++ и нарушению взаимодействия тропонина I с тропонином С. Особенностью клинической
картины в этом случае является наличие изолированной верхушечной гипертрофии сердца. Однако
причины развития такого специфического фенотипа не установлены [6].
α-тропомиозин. Мутации гена α-тропомиозина
являются редкой причиной развития ГКМП
и обусловливают 3–5% от всех случаев заболевания [17]. Основным признаком ГКМП, вызванной
мутациями гена α-тропомиозина, является сократительная дисфункция кардиомиоцитов, проявляющаяся в виде диастолической дисфункции миокарда при отсутствии значительных морфологических изменений, признаков гипертрофии или изменения геометрии камер сердца. Такое развитие
диастолической дисфункции, без выраженной гипертрофии левого желудочка и признаков фиброза, связано с повышенной чувствительностью сократительного аппарата кардиомиоцитов к ионам
Са++ вследствие дефекта α-тропомиозина. Известно, что диастолическая дисфункция миокарда может обнаруживаться у больных ГКМП без признаков выраженной гипертрофии или обструкции
выводного отдела левого желудочка, а также без
клинических проявлений заболевания. Этот феномен можно частично объяснить с позиции нарушения чувствительности и связывающей способности сократительного аппарата к ионам Са++, поскольку было показано, что даже небольшие изменения параметров Са++-обмена могут приводить
к значительному эффекту на функцию расслабления миокарда.
Клиническими особенностями ГКМП на фоне
мутаций гена α-тропомиозина являются умеренная степень гипертрофии миокарда и раннее развитие диастолической дисфункции. По данным
некоторых авторов, мутации гена α-тропомиозина
могут сопровождаться высоким риском внезапной
смерти, а также развитием систолической дисфункции и переходом в дилатационную фазу заболевания [31].
Легкие цепи миозина. Два белка, носящие название «essential (обязательные) и regulatory (регуляторные) легкие цепи миозина», принимают участие в формировании толстых филаментов. В сердце экспрессируются две изоформы регуляторных
легких цепей – предсердная и медленная.
Обязательные легкие цепи также имеют две
изоформы, экспрессирующиеся в миокарде. Легкие цепи миозина являются редкой причиной развития ГКМП и обусловливают менее 5% случаев
заболевания [32]. К настоящему моменту известно
10 мутаций гена регуляторных цепей и 3 мутации
гена обязательных цепей, связанных с ГКМП. Эти
мутации часто ассоциированы с развитием характерного фенотипа в виде массивной гипертрофии
папиллярных мышц и прилегающих участков миокарда, что сопровождается явлениями обструкции
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
36
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
выводного отдела левого желудочка [29]. С целью
воспроизведения данного фенотипа были созданы
несколько генетически модифицированных моделей мышей. В первой из них, с использованием
большого участка ДНК человека, несущего ген
обязательных цепей миозина, с Met149Val-мутацией, наблюдалось развитие типичной клинической
картины с признаками гипертрофии папиллярных
мышц [38]. Однако при создании трансгенной модели на базе генома мыши без включения участка
ДНК человека признаки гипертрофии миокарда
левого желудочка отсутствовали [36]. Морфологически определялись умеренные признаки фиброза
и миофибриллярный дизэррей, а также уменьшение размеров кардиомиоцитов (КМЦ).
Актин является необходимым белком для поддержания нормальной структуры и функции кардиомиоцитов. Уникальность его заключается
в том, что он одновременно является компонентом структуры саркомера, входя в состав тонких
филаментов, и белком цитоскелета, взаимодействуя с якорными и трансмембранными белками.
Актин участвует в генерализации силы сокращения КМЦ, а также способствует ее передаче соседним миоцитам и саркомерам для обеспечения
координированного сокращения. В организме
человека синтезируется шесть изоформ актина –
сердечный актин, скелетный, сосудистый, энтеральный, две гладкомышечных изоформы,
каждая из них кодируется отдельным геном.
В 1999–2000 гг. были описаны наследственные
и спорадические формы ГКМП, обусловленные точечными мутациями гена сердечного актина [23,
28]. В первом случае мутация в пятом экзоне приводила к замене неполярной аминокислоты аланин
на полярный серин в положении 295 (Ala295Ser)
в непосредственной близости от миозинсвязывающего центра. Вероятно, это приводит к конформационному изменению на поверхности молекулы
и нарушению актин-миозинового взаимодействия.
Только 1 из 14 членов описанной семьи имел клинические проявления заболевания в виде синкопе,
приступов одышки и ангинозных болей. У остальных носителей Ala295Ser-мутации заболевание
протекало бессимптомно, однако при ЭКГи ЭхоКГ-исследовании у большинства из них обнаруживались признаки ГКМП, такие как зубец Q
и гипертрофия межжелудочковой перегородки.
Иная клиническая картина течения ГКМП на
фоне мутации сердечного актина описана Т. Olson
и соавт. в 2000 г. Из трех обнаруженных ими случаев актиновой ГКМП две мутации являлись спорадическими, de novo, и одна имела наследственный, семейный характер. У большинства больных
ГКМП с описанными мутациями имели место
клинические проявления в виде одышки, сердцебиения, отеков, болей в грудной клетке по типу
стенокардитических. Синдром внезапной смерти
не встречался ни в одном из описанных случаев.
Характерным являлось наличие у большинства
больных признаков апикальной гипертрофии ЛЖ
по данным ЭхоКГ. Таким образом, учитывая наличие 4 известных к настоящему моменту мутаций
гена сердечного актина, приводящих к развитию
ГКМП, можно говорить о том, что патология актина является редкой (менее 1%) причиной развития ГКМП. Однако среди больных с апикальной
формой гипертрофии мутации актина могут встречаться с частотой до 50% [28].
Тайтин относится к белкам саркомерного цитоскелета и наряду с α-актинином, миомезином,
миозинсвязывающим белком С и некоторыми
другими белками обеспечивает структурную целостность саркомера и стабилизацию толстых филаментов. Он является третьим по распространенности белком кардиомиоцитов после миозина и актина, на его долю приходится 10% от всей белковой
массы клетки. В 1999 г. мутация гена тайтина впервые была описана в качестве причины развития
ГКМП [35]. В дальнейшем мутации гена тайтина
были описаны еще в двух других семьях с ГКМП,
а также при ДКМП, что явилось основанием считать этот ген одной из причин развития наследственных и спорадических форм кардиомиопатий
[34]. Однако пока нет данных об особенностях клинического течения ГКМП на фоне мутаций гена
тайтина, что обусловлено малым количеством описанных случаев. Идентификация патогенетических механизмов, приводящих к развитию ГКМП
или ДКМП, тоже затруднена в связи с недостатком
накопленных данных о структуре и функции белка,
а также гигантским размером молекулы.
Сравнение гипертрофических
фенотипов при мутациях генов белков
тяжелых цепей β-миозина
и миозинсвязывающего белка С
S. Van Driest и соавт. (2005 г.) провели метаанализ результатов исследований генотипа и фенотипических проявлений заболевания у больных
ГКМП, находящихся под наблюдением с ноября
1998 по ноябрь 2004 г., и сравнили их с аналогичными показателями пациентов клиники Мейо [1],
Гарвардской медицинской школы (NHLBI
Program for Genomic Applications, Harvard Medical
School, 2005 г.), а также результатами популяционных исследований во Франции [32], Германии [9],
Швеции [24], Финляндии [15], Испании [13].
При проведении метаанализа учитывали частоту
выявления конкретной мутации, возраст постановки диагноза и степень гипертрофии (толщина
стенки ЛЖ). В результате в каждой исследуемой
популяции самой частой причиной ГКМП была
мутация МСБ-С, на втором месте – мутации гена
тяжелых цепей β-миозина. Аналогичные результаты были получены ранее в исследовании EUROGENE Heart Failure Project, согласно которому на
их долю приходится соответственно 42 и 40% от
всех описанных к настоящему времени мутаций,
всего 82% генетически обусловленной ГКМП.
Несмотря на то что мутации гена МCБ-С были
идентифицированы как наиболее частая причина
ГКМП, вопрос о ее патогенности до конца не выяснен. Так, некоторые из идентифицированных
дефектов этого гена, предполагавшиеся ранее па-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
Таким образом, две наиболее частые саркомерные формы ГКМП, на долю которых приходится
82% от всех случаев (среди пациентов с выраженной гипертрофией, в том числе асимметричной,
эта цифра может быть еще больше), клинически
трудно различимы.
Второй важный вывод: область клинически «немой» генетически обусловленной ГКМП, а именно случаи с низкой пенетрантностью, встречаются
более часто, чем предполагалось ранее.
Учитывая, с одной стороны, неоднократно
подтвержденный факт высокой частоты выявления мутаций в генах тяжелых цепей β-миозина
и миозинсвязывающего белка С среди пациентов
с ГКМП, с другой – тесную связь с прогрессированием гипертрофии миокарда, можно с большой
долей вероятности констатировать, что мутации
именно в этих генах будут превалировать среди пациентов с абсолютными показаниями к хирургической коррекции обструктивной ГКМП.
Существующие гипотезы патогенеза
гипертрофической кардиомиопатии
Первыми в качестве причины гипертрофической кардиомиопатии были открыты мутации в сократительных белках саркомера, что послужило
основанием считать ГКМП болезнью саркомера
и легло в основу гипотезы «общих финальных путей» [3–5, 16, 20, 21]. Согласно гипотезе «общего
финального пути», ГКМП – это заболевание саркомеров, или «саркомеропатии». Дилатационные
кардиомиопатии возникают вследствие мутаций
преимущественно цитоскелетных белков и являются, следовательно, «цитоскелетопатиями».
Идиопатические нарушения ритма предположительно могут рассматриваться как «ионные каналопатии». В дальнейшем были открыты мутации
в генах, кодирующих выработку сократительных
белков, как причина ДКМП, и, напротив, в цитоскелетных – как причина ГКМП. Поэтому теория
«общих финальных путей» не смогла полностью
объяснить, как происходит реализация молекулярных механизмов, ответственных за прогрессирование патологического процесса от мутации
и функционального дефекта до развития гипертрофического, дилатационного или рестриктивного фенотипов [9–12, 19].
В рамках генетической теории существует гипотеза о том, что развитие гипертрофического или
дилатационного фенотипа определяется не собственно геном, а нарушенной функцией мутантного
протеина [8, 22, 25, 26, 28, 30]. При этом путь от
генетического дефекта до функциональных нарушений остается недостаточно исследованным
[26]. В то же время, по мнению N. Alpert и соавт.
(2005 г.), мутации сами по себе не всегда достаточны, чтобы определять характер течения семейной
формы ГКМП, и неидентифицированные модифицирующие механизмы могут оказывать сильное влияние. Гипертрофическая кардиомиопатия – чрезвычайно гетерогенное заболевание
по клиническим признакам и морфологическим
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
тогенными мутациями, наблюдались также у здоровых индивидуумов [37]. В противоположность
потенциальной переоценке мутаций МСБ-С при
ГКМП некоторые пациенты с мутациями гена
β-миозина могут быть недооценены. Определение
«патогенных» мутаций среди непатогенных полиморфизмов генов является принципиально важной задачей при изучении первичной патологии
миокарда.
Согласно результатам метаанализа, проведенного S. Van Driest и соавт. (2005 г.), в группах пациентов с мутациями в генах тяжелых цепей β-миозина и миозинсвязывающего белка С достоверных
различий в толщине ЛЖ или возрасте постановки
диагноза не найдено. У пациентов с семейным
анамнезом ГКМП мутации в этих генах имели место чаще, чем при отсутствии такого анамнеза.
Интересно, что не было различий в клинических
показателях между пациентами со спорадической
и семейной формой ГКМП в отношении возраста
начала заболевания, толщины стенки ЛЖ [37].
В свое время к такому выводу пришли
P. Charron и соавт. (1998 г.), которые сообщили, что
гипертрофический фенотип, ассоциированный
с мутацией гена МСБ-С, не отличался от фенотипа, ассоциированного с мутацией гена β-миозина,
исключая прогноз, который был более благоприятным при мутациях гена МСБ-С. В то же время
прогноз заболевания при различных мутациях гена миозинсвязывающего белка С даже внутри одного кодона (Арг403Лей против Арг403Трп) может
быть более значим, чем различия между двумя генами (МСБ-С и β-миозина).
Кроме того, необходимо учитывать возможность множественных мутаций: две и более мутаций в одном гене или мутации в двух и более разных генах.
На основании полученных данных авторы высказали гипотезу, что нет специфичных корреляций генотипа и фенотипа для двух исследованных
генов. Возможно, существует общий патогенетический механизм развития семейной ГКМП, когда вовлечены гены β-миозина или МСБ-С.
Структура и функция β-миозина в саркомере
хорошо изучена. Мутации, связанные с этим геном, при семейной форме ГКМП ведут к нарушению сократительной функции кардиомиоцитов.
В противоположность этому роль МСБ-С изучена
не так хорошо. На основании результатов сравнения клинических, ЭКГ- и ЭхоКГ-параметров
между группами пациентов с «причинными» мутациями в генах МСБ-С и β-МНС было обнаружено
одно важное отличие – укорочение времени акселерации кровотока в легочной артерии в первой
группе (что указывало на более высокую степень
давления в легочной артерии). Гипертрофический
фенотип, ассоциированный с мутацией гена
МСБ-С, впервые описан P. Charron и соавт.
(1998 г.). Он характеризовался неполной пенетрантностью, гипертрофией средней степени
и прогнозом, представляющим собой некий промежуточный вариант между доброкачественной
и злокачественной мутациями гена β-миозина.
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
38
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
проявлениям. По-видимому, механизмы его развития различаются в зависимости от возраста
и влияния факторов, модулирующих процессы
клеточного роста и гибели.
Действительно, первые результаты, полученные у генетически модифицированных животных,
подтверждают, что рост и гибель кардиомиоцитов
при экспериментальной гипертрофической кардиомиопатии зависит от возраста животных [12].
Заслуживает внимания механизм, который лег
в основу теории «ядовитого полипептида». Суть
ее заключается в наличии в кардиомиоцитах продуктов двух аллельных генов – мутированного
и дикого; оба они присутствуют и активны в клетке. Альтернативный механизм, определенный
как «гаплонедостаточность», в данном случае
подразумевает недостаточность синтеза белкового продукта с нормального аллеля при наличии
мутантного аллеля. Возможно, но не доказано,
что функционирования одной аллели недостаточно для поддержания нормальной функции
миокарда [39]. Появились первые доказательства
того, что мутантный белок быстро удаляется из
клетки посредством протеолитической деградации в лизосомах и убиквин-протеасомной системе [33, 37]. Убиквин-протеасомная система отвечает за деградацию около 80% клеточных белков.
Ее роль связана с удалением неиспользуемых или
потенциально опасных белков, а также с регуляцией основных клеточных функций, таких как
клеточный цикл, контроль апоптоза и др.
У генетически модифицированных животных
с мутацией миозинсвязывающего белка С было
показано, что протеолиз мутантного белка может
вызвать повреждения в убиквин-протеасомной
системе, которые прогрессируют с возрастом [33].
По мнению H. Vosberg (2005 г.) и других исследователей, концепции «ядовитого полипептида» и «гаплонедостаточности» не являются неправильными, но, возможно, слишком просты
для объяснения патогенеза ГКМП.
Говоря о патогенетических механизмах, ведущих к гипертрофии миокарда при ГКМП, необходимо учитывать все процессы, связанные
с синтезом белка, как на генетическом, так и на
молекулярном, субклеточном, клеточном, органном уровнях. Влияние регулирующих, модулирующих факторов этого процесса важно с позиции
различных форм клинического проявления заболевания, а также выбора врачебной тактики.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
Ackerman M. J., Van Driest S. L., Ommen S. R. et al. Prevalence
age-dependence if malignant mutations in the beta-myosin
heavy chain and troponin T genes in hypertrophic cardiomyopathy: a comprehensive outpatient perspective // J. Amer.
Coll. Cardiol. – 2002. – Vol. 39, № 12. – P. 2042–2048.
Alpert N., Mohiddin S., Tripodi D. et al. Molecular and phenotypic effects of heterozygous, homozygous, and compound heterozygote myosin heavy-chain mutations // Amer.
J. Physiol. Heart Circ. Physiol. – 2005. – Vol. 288, № 3.
– P. H1097–1102.
Bonne G., Carrier L., Bercovici J. et al. Cardiac myosin binding
protein-C gene splice acceptor site mutation is associated with
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
familial hypertrophic cardiomyopathy // Nature Genet. – 1995.
– № 11. – P. 438–440.
Bonne G., Carrier L., Richard P. Familial hypertrothic cardiomyopathy: from mutations to functional defects // Circ.
Res. – 1998. – Vol. 21. – P. 580–593.
Bowles K., Towbin J. The «final common pathway» hypothesis
and inherited cardiovascular disease. The role of cytoskeletal
proteins in dilated cardiomyopathy // Herz. – 2000. – Vol. 25,
№ 3. – P. 168–175.
Burton D., Abdularazzak H., Knott A. Two mutations in troponin
I that cause hypertrophic cardiomyopathy have contrasting
effect on cardiac muscle contractility // Biochem. J. – 2002.
– Vol. 362. – P. 443–451.
Charron P., Dubourg O., Desnos M. et al. Genotype-phenotype
correlation in familial hypertrophic cardiomyopathy // Eur.
Heart J. – 1998. – Vol. 19. – P. 139–145.
Dalloz F., Osinska H., Robbins J. Manipulating the contractile apparatus: genetically defined animal models of cardiovascular disease // J. Mol. Cell. Cardiol. – 2001. – Vol. 33,
№ 1. – P. 9–25.
Erdmann J., Daehmlow S., Wischke S. et al. Mutation spectrum in a large cohort of consecutive patients with hypertrophic cardiomyopathy // Clin. Genet. – 2003. – Vol. 64.
– P. 339–349.
Erdmann J., Raible J., Maki-Abadi J. et al. Spectrum of clinical phenotypes and gene variants in cardiac myosin-binding
protein C mutation carriers with hypertrophic cardiomyopathy // J. Amer. Coll. Cardiol. – 2001. – Vol. 38, № 2.
– P. 322–330.
Fatkin D., Graham R. Molecular mechanisms if inherited cardiomyopathies // Physiol. Review. – 2002. – Vol. 82. – P. 945–980.
Fiaccaventoo R., Carotenuto F., Minieri M. et al. Stem cell activation sustains hereditary hypertrophy in hamster cardiomyopathy // J. Pathol. – 2005. – Vol. 205. – P. 397–407.
Garcia-Castro M., Reguero J. R., Batalla A. et al. Hypertrophic
cardiomyopathy: low-frequency of mutations in beta-myosin
heavy chain and troponin T genes among Spanish patients //
Clin. Chem. – 2003. – Vol. 49. – P. 1279–1285.
Geisterfer-Lowrance A., Kass S., Tanigava G. A molecular basis
for familial hypertrophic cardiomyopathy: a β-cardiac myosin heavy chain missense mutation // Cell. – 1990. – Vol. 62.
– P. 999–1006.
Jaaskelainen P., Soranta M., Miettinen R. et al. The cardiac
beta-myosin heavy chain gene is not the predominant gene
for hypertrophic cardiomyopathy in Finnish population //
J. Amer. Coll. Cardiol. – 1998. – Vol. 3. – P. 1709–1716.
Kamisago M., Sharma S. D., DePalma S. R. et al. Mutations in
sarcomere protein genes as a cause of dilated cardiomyopathy // N. Engl. J. Med. – 2000. – Vol. 343. – P. 1688–1696.
Karibe A., Tobacman L., Strand J. Hypertrophic cardiomyopathy caused by a novel α-tropomyosin mutation (V95A) is associated with mild cardiac phenotype, abnormal calcium binding
to troponin, abnormal myosin cycling, and poor prognosis //
Circulation. – 2002. – Vol. 103. – P. 65–71.
Konno T., Shimizu M., Hidekazu I. A novel missense mutation
in the myosin-binding protein-C gene is responsible for hypertrophic cardiomyopathy with left ventricular dysfunction and
dilation in elderly patients // J. Amer. Coll. Cardiol. – 2003.
– Vol. 41. – P. 781–786.
Lim D., Roberts R., Marian A. Expression profiling of cardiac
genes in human hypertrophic cardiomyopathy: insight into the
pathogenesis of phenotypes // J. Amer. Coll. Cardiol. – 2001.
– Vol. 38, № 4. – P. 1175–1180.
Marian A., Roberts R. The molecular genetic basis for hypertrophic cardiomyopathy // J. Molec. Cell. Cardiol. – 2001.
– Vol. 33. – P. 655–670.
Maron B. Hypertrophic cardiomyopathy: a systematic review // JAMA. – 2002. – Vol. 287. – P. 1308–1319.
McConnell B., Jones K., Fatkin D. et al. Dilated cardiomyopathy in homozygous myosin-binding protein-C mutant mice //
J. Clin. Invest. – 1999. – Vol. 104, № 12. – P. 1771.
Mogensen J., Klausen I., Pedersen A. α-cardiac actin in a novel
disease gene in familial hypertrophic cardiomyopathy // J. Clin.
Invest. – 1999. – Vol. 103. – P. R39–R43.
Morner S., Richard P., Kazzam E. et al. Identification of the genotypes causing hypertrophic cardiomyopathy in northen Sweden //
J. Mol. Cell. Cardiol. – 2003. – Vol. 35. – P. 841–849.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
Muraishi A., Kai H., Adachi K. et al. Malalignment of the sarcomeric filaments in hypertrophic cardiomyopathy with
cardiac myosin heavy chain gene mutation // Heart. – 1999.
– Vol. 82, № 5. – P. 625–629.
Nicol R., Frey N., Olson E. From the sarcomere to the nucleus:
role of genetics and signaling in structural heart disease // Ann.
Rev. Genomics Hum. Genet. – 2000. – Vol. 1. – P. 179–223.
Niimura H., Bachinski L., Sangwatanaroj S. et al. Mutations in
the gene for cardiac myosin-binding protein C and late-onset
familial hypertrophic cardiomyopathy // N. Engl. J. Med.
– 1998. – Vol. 338, № 18. – P. 1248–1257.
Olson T., Doan T., Kishimoto N. Inherited and de novo mutations in the cardiac actin gene causes hypertrophic cardiomyopathy // J. Molec. Cell. Cardiol. – 2000. – Vol. 32.
– P. 1687–1694.
Potter K., Hassanzadeh S., Master S. Mutations in either the
essential or regulatory light chains of myosin are associated
with a rare myopathy in human heart and skeletal muscle //
Nature Genetics. – 1996. – Vol. 13. – P. 63–69.
Redwood C., Moolman-Smook J., Watkins H. Properties
of mutant contractile proteins that cause hypertrophic
cardiomyopathy // Cardiovasc. Res. – 1999. – Vol. 44, № 1.
– P. 20–36.
Regitz-Zagrosek V., Erdmann J., Weellenhofer E. Novel mutation in the α-tropomyosin gene and transition from hypertrophic to hypocontractile dilated cardiomyopathy //
Circulation. – 2000. – Vol. 102. – P. e.112–e.116.
Richard P., Charron P., Carrier L. et al. EUROGENE Heart
Failure Project. Hypertrophic cardiomyopathy distribu-
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
39
tion of disease genes, spectrum mutations and implications for a molecular diagnosis strategy: EUROGENE Heart
Failure Project // Circulation. – 2003. – Vol. 107, № 17.
– P. 2227–2232.
Sarikas A., Carrier L., Schenke C. et al. Impairment of the ubiquitin-proteasome system by truncated cardiac myosin binding protein C mutants // Cardiovasc. Res. – 2005. – Vol. 66.
– P. 33–44.
Satoh M., Hayashi T., Nishi H. Titin mutations as the molecular basis for dilated cardiomyopathy // Biochem. Biophys. Res.
Commun. – 2002. – Vol. 291. – P. 385–393.
Satoh M., Takahashi M., Sakamoto T. Structural analysis of the
titin gene in hypertrophic cardiomyopathy: identification of
a novel disease gene // Ibid. – 1999. – Vol. 262. – P. 411–417.
Snabe A., Nelson D., Gulick J. In vivo analysis of an essential myosin light chain mutation linked to familial hypertrophic cardiomyopathy // Circ. Res. – 2000. – Vol. 87.
– P. 296–302.
Van Driest S., Ommen S., Tajik A. et al. Sarcomeric genotyping
in hypertrophic cardiomyopathy // Mayo Clin. Proc. – 2005.
– Vol. 80, № 4. – P. 463–469.
Vemuri R., Lankford E., Poetter K. The stretch-activation
response may be critical to the proper functioning of the mammalian heart // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. – 1999. – Vol. 96.
– P. 1048–1053.
Vosberg H. The ubiquitin-proteasome system may be involved
in the pathogenesis of hypertrophic cardiomyopathy //
Cardiovasc. Res. – 2005. – Vol. 66, № 1. – P. 1–3.
Поступила 10.01.2007
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2006
УДК 616.127-005.8-089.844
МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ МЕТОД ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ЛЕЧЕНИЯ
ОСТРОГО ИНФАРКТА МИОКАРДА
ГОУ ВПО «Российский государственный медицинский университет Федерального агентства
по здравоохранению и социальному развитию» (ректор – академик РАМН В. Н. Ярыгин), Москва
Междисциплинарный метод оптимизации восстановительного лечения больных c острым инфарктом миокарда предусматривает одновременное участие в работе врачей различных специальностей. Значимость нового метода подтверждается улучшением ряда клинико-функциональных показателей состояния больных с острым инфарктом миокарда: уменьшение
частоты приступов стенокардии, потребности в нитроглицерине и наркотических лекарственных препаратах, активизация репаративных процессов в зоне некроза, большая степень
адекватности ремоделирования сердечной мышцы.
Комплексное восстановительное лечение междисциплинарным методом дало возможность
увеличить двигательную активность больных в более короткие сроки, с большей степенью
безопасности и добиться более полного регресса хронической сердечной недостаточности.
Ускорение темпов активизации больных с инфарктом миокарда, уменьшение выраженности
коронарной и миокардиальной недостаточности, оптимизация гемодинамических показателей в ходе восстановительного лечения позволили сократить сроки пребывания больных в
стационаре.
К л ю ч е в ы е с л о в а: инфаркт миокарда, реабилитация, междисциплинарный метод.
Interdisciplinary method of optimization of medical rehabilitation patients with acute myocardial
infarction (AMI) implies simultaneous collaboration of different specialists. Importance of new
method confirmed by improving of some clinical and functional data reflecting status of patient with
AMI. It concerns reduction of stenocardia attacks, nitroglycerin and narcotic analgesics demand,
acceleration of reparative regeneration in the area of infracted zone, more adequate remodulation
of myocardium.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Я. Б. Гофман, А. В. Магнитский, Б. А. Поляев, Н. В. Полунина, Н. А. Шостак
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
40
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
Integrated medical rehabilitation using interdisciplinary method allows accelerated and more safety
increasing of motion regimen, more perfect involution of chronic heart failure symptoms in patients with
AMI. Acceleration of patient mobilization, abatement of coronary and myocardial deficiency, hemodynamic indices improvement allows reduction of inpatient care period.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
K e y w o r d s: myocardial infarction, medical rehabilitation, interdisciplinary method.
Инфаркт миокарда представляет собой серьезную медико-социальную проблему, так как является одной из наиболее частых причин инвалидизации и смертности населения трудоспособного
возраста [9]. Научные исследования и практический опыт показывают эффективность проведения
комплексной реабилитации в раннем периоде инфаркта миокарда.
Поиск новых эффективных методов лечения и
профилактики осложнений при остром коронарном синдроме, разрабатываемые программы реабилитации больных с острым инфарктом миокарда способствуют повышению эффективности медикаментозной терапии и сокращению времени
пребывания больных в стационаре [1, 12, 13]. Более раннее начало реабилитационных мероприятий, включающих физические факторы – методы
магнитолазерной терапии [15], оксигенотерапии
[1, 5], адекватный двигательный режим [10, 12], а
также диетическое питание [5], основанные на
оценке индивидуальных особенностей течения заболевания, – должно иметь целью ограничение
зоны некроза, предупреждение сердечной недостаточности, достижение оптимизации гемодинамического профиля, коррекцию нарушений ритма
сердца и профилактику осложнений [7, 8]. Физические методы в остром периоде инфаркта миокарда в настоящее время применяются ограниченно, хотя эффективность ряда факторов неоднократно подтверждена на практике, а медикаментозная терапия, применяемая как монолечение, не
всегда приводит к желаемому результату.
Успешное и оптимальное применение ряда инновационных методов и программ физической реабилитации невозможно без поиска иных организационных форм работы [2, 3, 5]. Необходимость
одновременного участия врачей различных специальностей в судьбе больного стало поводом к поиску нового метода оптимизации восстановительного лечения в раннем периоде у больных с инфарктом миокарда [1, 16].
Целью нашего исследования являлось создание
новой эффективной междисциплинарной медицинской технологии оптимального использования
различных методов реабилитации в раннем периоде острого инфаркта миокарда.
Для обеспечения и реализации поставленной
задачи в больнице был издан приказ, обязывающий коллектив врачей использовать в восстановительном лечении больных с инфарктом миокарда
междисциплинарный метод, руководствуясь положением и должностными обязанностями участников метода.
Приказ определял ведущую и организаторскую
роль лечащего врача – врача-кардиолога.
Материал и методы
Обследован 271 больной с острым инфарктом
миокарда, из них 181 больной, обследованный
междисциплинарным методом, составил основную группу и 90 больных – группу контроля.
В основной группе мужчин было 108 (59,7%),
женщин – 73 (40,3%), возраст больных варьировал
от 36 до 87 лет (в среднем 66,7 года). Преобладала
возрастная категория от 60 до 69 лет (37,0%). Возрастной состав контрольной группы был сопоставим с таковым в основной группе. В зависимости
от локализации и глубины инфаркта миокарда
больные, лечение и реабилитация которых проходили под контролем междисциплинарного метода,
были разделены на три подгруппы: 1А, 2А и 3А, составившие основную группу, и 1Б, 2Б и 3Б, вошедшие в контрольную группу, где междисциплинарный метод не использовался.
Трансмуральный инфаркт миокарда переднераспространенной локализации (1А подгруппа)
был у 44 (24,3%) больных, трансмуральный инфаркт миокарда нижней локализации (2А подгруппа) – у 47 (30,0%) и нетрансмуральный инфаркт миокарда (3А подгруппа) – у 90 (45,7%)
больных. Недостаточность кровообращения у
больных с инфарктом миокарда в остром периоде
оценивалась в соответствии с общепринятой классификацией: при поступлении в стационар I класс
тяжести отмечался у 19,9% больных, II – у 23,8%,
III – у 45,3% и IV – у 11,0%. Таким образом, изначальное определение класса тяжести у обследуемых больных позволило получить интегральную
оценку глубины и обширности коронарогенного
некроза миокарда, определить выраженность коронарной недостаточности в раннем периоде инфаркта миокарда с учетом его осложнений.
Для реализации поставленной задачи были разработаны методические указания по применению
междисциплинарного метода в восстановительном лечении больных с острым инфарктом миокарда. Проведенный корреляционный анализ показал, что основная и контрольная группы больных были сопоставимы по полу, возрасту, тяжести
состояния, времени наблюдения в палате интенсивной терапии и проводимой медикаментозной
терапии при различных локализациях инфаркта
миокарда.
Использовался комплекс функциональных
проб, в том числе электрокардиография в 12 отведениях (Nicon Khoden, Япония), ЭхоКГ с допплеровским анализом (Sim-5000, Белоруссия – в условиях БИТ и на ультразвуковом сканере SSD-1700,
«Aloka», Япония), ВЭМ («Кардистест», Россия),
суточное мониторирование ЭКГ (Икар-ИН 22,
«Медиком», Россия) и АД («Дон», Россия).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С целью подтверждения острого инфаркта миокарда проводились исследования на содержание
«кардиоспецифических ферментов» в крови
(КФК, ЛДГ, Тропонин I).
Комплекс восстановительных мероприятий в
основной (1А, 2А, 3А) и контрольной (1Б, 2Б, 3Б)
группах включал медикаментозную терапию, лечебную физкультуру (физические упражнения в
форме лечебной гимнастики), массаж воротниковой зоны и нижних конечностей, физиотерапию
(магнитолазеротерапию и др.).
В основной группе лечение проводилось междисциплинарным методом путем систематического, не реже 2–3 раз в неделю, созыва консилиумов
врачей различных специальностей.
ЛФК назначали по достижении стабильного
клинического состояния пациента, при отсутствии
противопоказаний. Занятия в основной группе
проводились индивидуально, по разработанной нами программе «Выбор режима двигательной активности и комплекса физических упражнений больным с острым инфарктом миокарда на стационарном этапе» [4]. В процессе восстановительного лечения больных с инфарктом миокарда осуществлялся динамический контроль переносимости нагрузки с учетом клинических, лабораторно-инструментальных данных и реакции на нагрузочные пробы (тесты с гиповентиляцией, гипервентиляцией,
ортостатической пробы, модифицированного теста
Мартине). При необходимости проводилась коррекция программы двигательной активности.
Лечащий врач – врач-кардиолог возглавлял
работу, представлял больных для обсуждения, информировал о клиническом диагнозе, осложнениях заболевания, особенностях клинического
течения болезни (скорость динамики конечной
части желудочкового комплекса на ЭКГ, наличие
или отсутствие ранней постинфарктной стенокардии, выраженность сердечной недостаточности, уровень артериального давления и стойкость
его стабилизации при применении гипотензивных препаратов и т. д.) и на основании имеющихся клинико-инструментальных данных прогнозировал течение инфаркта миокарда, фиксировал
решения участников в истории болезни. Для проведения коллегиального обсуждения программы
восстановительного лечения врач-кардиолог освоил основы физической реабилитации: лечебную физкультуру и аппаратную физиотерапию острого коронарного синдрома, поскольку знание
основ немедикаментозного лечения мы также
рассматривали как функциональную обязанность
врача-кардиолога.
С учетом информации о клиническом течении
заболевания, методах медикаментозного лечения
и их эффективности у данного больного, на основании реакции на простые функциональные пробы врач лечебной физкультуры рекомендовал согласованный с врачом-кардиологом режим двигательной активности, необходимый комплекс лечебной гимнастики и другие методы физических
тренировок. Определив ступень двигательной активности и назначив вместе с лечащим врачом-
41
кардиологом индивидуальный комплекс физических упражнений, врач лечебной физкультуры проводил его совместно с инструктором по лечебной
физкультуре. Контрольные функциональные тесты, 6-минутный тест ходьбы перед выпиской
больного из стационара также проводил врач лечебной физкультуры.
Врач-физиотерапевт выполнял аналогичные
должностные обязанности по организации и контролю за физиотерапевтическим лечением.
В итоге своеобразный консилиум решал вопрос
о ведении больного с острым инфарктом миокарда, в каждом конкретном случае вырабатывая индивидуальную программу восстановительного лечения. В процессе его осуществления проводилось
повторное обсуждение результатов и коррекция
реабилитационной программы, что повышало эффективность и безопасность комплексного восстановительного лечения.
Как правило, выбор программы лечения происходил у постели больного, что, с одной стороны,
увеличивало клиническую обоснованность решений, а с другой – обеспечивало информированность каждого больного об объеме медикаментозного и немедикаментозного лечения.
Тесный контакт между лечащим врачом и врачами лечебной физкультуры, физиотерапии позволил избегать «перестраховки» в оценке изначальной ступени двигательной активности и подбирать оптимальную скорость перехода с одного
двигательного режима на другой.
Вопрос об участии в работе консилиума врачей
функциональной диагностики, врача-лаборанта,
врача-диетолога решался по мере необходимости.
Переход с одного двигательного режима на
последующий обсуждался коллегиально и определялся сроками инфаркта миокарда, глубиной и
обширностью поражения сердечной мышцы, наличием или отсутствием осложнений, тяжестью
ранней постинфарктной стенокардии, стабилизацией показателей центральной гемодинамики
(АД, фракция выброса и конечный диастолический объем левого желудочка по данным ЭхоКГ),
реакцией на функциональные пробы – с задержкой дыхания на вдохе и выдохе, ортостатической
пробой и другими факторами. По итогам коллегиального обсуждения заполнялся протокол клинического исследования, включающий основные
клинические и функциональные параметры
больного.
Координация работы осуществлялась под руководством заведующего кардиологическим отделением для больных с инфарктом миокарда.
Статистическая обработка результатов исследования проводилась при помощи программы
Statistica (StatSoft Inc., USA), предназначенной для
статистической обработки результатов в среде
Windows, с использованием дисперсионного и
кластерного анализов. Был принят 5% уровень
значимости как обеспечивающий в подобных исследованиях необходимую точность сравнений.
В качестве критерия достоверности применялся
критерий F (критерий Фишера).
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
42
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Результаты
Использование в работе междисциплинарного
метода позволило получить следующие результаты.
1. Достичь 3б–4а ступени двигательной активности достоверно раньше: при трансмуральном
инфаркте миокарда передней локализации – на
2–3 суток (72–75% больных), при трансмуральном
инфаркте миокарда нижней локализации – на 1,9
суток (95,7% больных), при нетрансмуральном инфаркте миокарда – на 2–3 суток раньше (98%
больных), чем в группе контроля.
2. Уменьшить частоту приступов стенокардии и
потребность в нитроглицерине в раннем периоде
инфаркта миокарда. При трансмуральном инфаркте миокарда передней локализации приступы
стенокардии отсутствовали у 81,8% больных, при
трансмуральном инфаркте миокарда нижней локализации – у 80,9%, при нетрансмуральном инфаркте миокарда – у 78,9% больных; в группе контроля соответственно у 50, 70 и 73,3% больных.
Наркотические анальгетики в подгруппе 1А
применяли только 5,7% больных, в подгруппе 2А –
4,2%, в подгруппе 3А – 15,6% больных.
3. В зависимости от локализации инфаркта
миокарда в подгруппах больных 1А, 2А, 3А были
регоспитализированы в блок интенсивной терапии в связи с тяжелыми ангинозными приступами
9,1, 64,4 и 2,2% больных.
В подгруппах 1Б, 2Б и 3Б контрольной группы
больных эти показатели составили соответственно
23,3, 10 и 6,7%.
4. Возвращение сегмента ST к изоэлектрической линии у больных с трансмуральным инфарктом миокарда передней локализации произошло
на 2,5 суток раньше, при трансмуральном инфаркте миокарда нижней локализации – на 6,1 суток
раньше, при нетрансмуральном инфаркте миокарда – на 3,5 суток раньше, чем в группе контроля.
Полная нормализация конечной части желудочкового комплекса на ЭКГ не достигнута в подгруппе 1А – в 11,4% случаев, в подгруппе 2А – в
2,1% случаев и в подгруппе больных 3А – в 6,7%
случаев ( p <0,05).
5. У больных подгруппы 1А отмечалось
уменьшение конечного диастолического объема
левого желудочка по данным электрокардиографического исследования – 148,4±3,1 мл, а в подгруппе 1Б – 157,6±4,3 мл ( p <0,05); в подгруппе
2А этот показатель составил 128,5±4,1 мл, а в
подгруппе 2Б – 155,5±7,5 мл ( p <0,05); в подгруппе больных 3А он был равен 126,8±2,1 мл,
а в 3Б – 135,8±3,6 мл ( p <0,05).
6. Отмечен регресс хронической сердечной недостаточности у обследуемых больных, о чем свидетельствовала более высокая переносимость физических нагрузок. По классификации NYHA III и
IV функциональные классы имелись у 70,5% больных подгруппы 1А, у 63,9% больных подгруппы 2А
и у 32,2% больных подгруппы 3А.
7. Ускорение темпов активизации больных с
инфарктом миокарда, уменьшение выраженности
коронарной и миокардиальной недостаточности,
оптимизация гемодинамических показателей в ходе восстановительного лечения позволили сократить сроки пребывания больных в стационаре на
1,8–2,2 суток по сравнению с группой контроля.
Таким образом, результаты исследования показывают преимущества междисциплинарного метода в выборе оптимальной тактики повышения
эффективности лечения больных с инфарктом
миокарда в раннем периоде заболевания. Полученные данные говорят о том, что междисциплинарный метод позволяет более активно использовать методы физической реабилитации у больных
с инфарктом миокарда с учетом индивидуальных
особенностей больного, течения заболевания и
динамического контроля клинико-инструментальных показателей состояния сердечно-сосудистой системы и толерантности к физической нагрузке. С точки зрения практического значения
междисциплинарный метод оптимального использования средств реабилитации является доступным информативным средством контроля,
позволяющим управлять процессом восстановительного лечения в раннем периоде инфаркта
миокарда и гарантировать их безопасность.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Аронов Д. М., Николаева Л. Ф., Соболева В. А., Михеева Т. Г.
Влияние комплексной поэтапной реабилитации на физическую работоспособность больных инфарктом миокарда // Кардиология. – 1980. – № 6. – С. 22–28.
Ворлоу Ч. П., Деннис М. С., Ван Гейн Ж. и др. Инсульт:
практическое руководство для ведения больных. – СПб.,
1998. – С. 312–317.
Гиляревский С. Р. Мультидисциплинарный подход к лечению хронической сердечной недостаточности: принципы
организации и практическое применение // Кардиология. – 2002. – № 7. – С. 80–85.
Гофман Я. Б., Магницкий А. В. Выбор режима двигательной активности и комплекса физических упражнений
больных острым инфарктом миокарда на стационарном
этапе: Компьютерная программа. ЭВМ. – М., 12.10.2004.
– Рег. № 2004612308. – 41 с.
Гофман Я. Б., Магницкий А. В., Погожева А. В. Использование семидневного меню для диетического питания
больных инфарктом миокарда: Методические рекомендации № 17. Правительство Москвы. Департамент здравоохранения города Москвы. – М., 2003. – 10 с.
Гурьева И. В. Профилактика, лечение, медико-социальная реабилитация и организация междисциплинарной
помощи больным с синдромом диабетической стопы: Автореф. дис. … д-ра мед. наук. – М., 2002. – 32 с.
Журавлева А. И. Внедрение научных достижений в практику лечебной физкультуры и спортивной медицины //
Вопросы курортологии. – 1980. – № 1. – С. 7–11.
Журавлева А. И. Лечебная физкультура в системе реабилитационных мероприятий с позиций доказательной медицины // Журн. РАСМИРБИ. – 2004. – № 1 (10).
– С. 16–19.
Иоселиани Д. Г. Возможные пути снижения инвалидизации и летальности от острого инфаркта миокарда // Вторая Московская ассамблея «Здоровье столицы». – М.:
ГЕОС, 2003. – С. 25–26.
Лобов А. Н. Индивидуализация комплексной программы
физической реабилитации больных острым инфарктом
миокарда на стационарном этапе: Дис. … д-ра мед. наук.
– М., 2004. – 269 с.
Марфунина А. А. Применение физических тренировок на
госпитальном этапе реабилитации больных острым инфарктом миокарда: Автореф. дис. … канд. мед. наук. – М.,
1995. – С. 31.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
12.
13.
14.
Николаев Л. Ф., Аронов Д. М. Реабилитация больных ишемической болезнью сердца. – М.: Медицина, 1988.
– 288 с.
Сычева Е. Ю. Мультидисциплинарный подход к лечению
больных с выраженной хронической сердечной недостаточностью: соотношение клинической и экономической
эффективности: Автореф. дис. … канд. мед. наук. – М.,
2001. – 23 с.
Ухолкина Г. Б., Гофман Я. Б., Магницкий А. В. Оксигенотерапия как метод реабилитации больных инфарктом миокарда в раннем периоде: Материалы 1 Россий-
15.
16.
43
ского конгресса в Российской Федерации. – М., 2003.
– С. 43–46.
Черепахина Н. Л. Комплексная физическая реабилитация
больных инфарктом миокарда с использованием магнитолазерной терапии на стационарном этапе: Дис. … канд.
мед. наук. – М., 2000. – 205 с.
Юпатов И. Ю., Франкфурт А. А. и др. Ранняя активизация больных крупноочаговым инфарктом миокарда и ее
дифференцированное применение: Депонированная рукопись. – Витебск, 1993. – 27 с.
Поступила 07.12.2006
© Г. В. ЧУДИНОВ, 2006
УДК 616.124.3-089.844
РЕМОДЕЛИРОВАНИЕ ПРАВОГО ЖЕЛУДОЧКА СЕРДЦА У ПАЦИЕНТОВ
С ДЕИМПЛАНТИРОВАННЫМИ ЭНДОКАРДИАЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ
ДЛЯ ПОСТОЯННОЙ ЭЛЕКТРОКАРДИОСТИМУЛЯЦИИ
Г. В. Чудинов
Ростовский областной центр кардиологии и сердечно-сосудистой хирургии (дир. – профессор
А. А. Дюжиков), Ростов-на-Дону
К л ю ч е в ы е с л о в а: эндокардиальные электроды, удаление эндокардиальных электродов, ремоделирование правого желудочка.
68 patients with permanent pacing systems were underwent dynamic echocardiographic examination.
All these patients are survived successful endocardial pacemaker leads extraction with using of various
interventional and surgical techniques. It has been shown, that deimplantation of right ventricle problematic or infected permanent pacemaker leads allow to restore parameters of the blood flow and the
geometry of right ventricle in postoperative period.
K e y w o r d s: endocardial leads, extraction of endocardial pacemaker leads, restore of the geometry
of right ventricle.
Значимость проблемы удаления эндокардиальных электродов (ЭЭ) имплантируемых электрокардиостимуляторов (ЭКС) и кардиовертеров-дефибрилляторов (КД) неуклонно возрастает. В начале XXI столетия в мире выполняется около
800 000 имплантаций указанных устройств ежегодно [11]. По данным Л. А. Бокерия и соавт. [1],
в России только в 2004 г. было имплантировано
14,5 тыс. ЭКС и КД. С учетом постоянного увеличения доли двухкамерных ЭКС, бивентрикулярных ресинхронизирующих устройств и КД пятого
поколения, предполагающих одномоментную имплантацию двух или трех ЭЭ, становится понятно,
что количество ежегодно имплантируемых ЭЭ существенно превышает приведенные цифры. В то
же время только инфекционными осложнениями
раннего послеоперационного периода сопровождаются от 0,02 до 12(!)% имплантаций [4, 10, 15].
Необходимо заметить, что инфекционные осложнения у пациентов с имплантированными
ЭКС-системами являются далеко не единственным показанием к деимплантации ЭЭ. Клиницистам хорошо известны такие осложнения постоянной электрокардиостимуляции, как формирование трикуспидальной недостаточности, полный
или частичный перелом ЭЭ, дислокация и/или
миграция ЭЭ или его части, электродиндуцированные аритмии, тромбоэмболические осложнения, провоцируемые периэлектродным тромбообразованием, и др. В ряде наблюдений указанные
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Обследованы 68 больных с имплантированными электрокардиостимуляционными системами,
перенесших деимплантацию инфицированных либо нефункционирующих эндокардиальных
электродов с помощью различных хирургических методов. Проведен эхокардиографический
мониторинг в отдаленном послеоперационном периоде. Показано, что экстракция скомпрометированных эндокардиальных электродов из правых отделов сердца в послеоперационном
периоде приводит к ремоделированию правого желудочка сердца и улучшению его сократительной способности.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
44
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
осложнения несут непосредственную угрозу жизни пациента, в других случаях – потенциальную.
Научная концепция, положенная в основу ответа на вопрос: «Какие ЭЭ могут быть оставлены
в организме пациента пожизненно, а какие должны быть удалены?», претерпела за время широкого
клинического использования ЭКС и КД кардинальные изменения.
Исходные представления основывались на утверждении биологической совместимости ЭЭ.
Предполагалось, что, поскольку биофизический
конфликт ЭЭ с организмом пациента не угрожает
последнему, а процедура экстракции сама по себе
опасна, удалять ЭЭ необходимо лишь в случаях
прямой угрозы жизни больного [3, 9, 14].
С развитием биомедицинских технологий
и знаний, а также по мере накопления клинического опыта стало понятно, что биофизическое
взаимодействие ЭЭ с организмом пациента неизбежно повышает риск осложнений и, следовательно, все лишние ЭЭ должны быть удалены
[7, 8, 10, 11, 13].
Как известно, эндокардиальная стимуляция
правого желудочка (ПЖ) требует транстрикуспидального позиционирования ЭЭ. В момент имплантации ЭЭ в правожелудочковую позицию,
как правило, не учитываются взаимоотношения
ЭЭ с клапанными и подклапанными структурами
правого атриовентрикулярного отверстия. Понятно, что, когда ЭЭ пересекает атриовентрикулярное отверстие в области одной из комиссур
трикуспидального клапана (ТК), развитие фиброзных сращений между клапанным аппаратом
и ЭЭ приведет к незначительной клапанной дисфункции. В тех случаях, когда ЭЭ механически
придавливает одну из створок ТК и создает тем
самым условия для вовлечения ее в рубцовосклеротический процесс, вероятность развития
клапанной дисфункции резко возрастает. Исследования Н. Н. Можаевой, F. A. Bracke и соавт. [3,
6, 12] показали, что частота развития и степень
трикуспидальной регургитации находятся в прямой зависимости от количества ЭЭ в ПЖ. Нарастание степени недостаточности ТК, усиление потока регургитации, дилатация правых отделов
сердца, рост давления в системе ЛА и другие признаки дисфункции правых отделов сердца должны детально анализироваться для своевременного принятия решения о необходимости гибридного кардиохирургического вмешательства – удаления ЭЭ из ПЖ и протезирования ТК в условиях ИК. В то же время изолированное удаление ЭЭ
с помощью интервенционных и миниинвазивных
кардиохирургических методик позволяет улучшить запирательную функцию ТК, оптимизировать систолическую функцию ПЖ и в ряде случаев избежать необходимости реконструктивного
кардиохирургического вмешательства.
Целью данной работы явилось изучение клинико-физиологических параметров центральной
гемодинамики в группе больных, перенесших
удаление ЭЭ для постоянной электрокардиостимуляции из правого желудочка.
Материал и методы
В исследование включены 68 больных, перенесших удаление ЭЭ для постоянной электростимуляции ПЖ сердца. Среди них было 45 мужчин и 23 женщины в возрасте от 31 года до 73 лет
(в среднем 49,8±10,9 года). Средний срок с момента имплантации ЭЭ составил 8,7±4,5 года (от
2 мес до 17 лет). У 57 пациентов удален 1 правожелудочковый ЭЭ, у 5 пациентов – 2 ЭЭ, у 4 –
3 ЭЭ и у 2 – 4 ЭЭ. Всего деимплантировано 87
ЭЭ. Среднее количество ЭЭ, удаленных у одного
пациента, – 1,28. Показаниями к имплантации
ЭКС-систем были: предсердно-желудочковые
блокады различной степени – у 62 (91,2%) больных, брадисистолическая форма фибрилляции
предсердий – у 5 (7,4%) больных и недостаточность кровообращения, сопровождавшаяся нарушением внутрижелудочковой проводимости, – у 1 (1,4%) больного. Показаниями к удалению 61 (70,1%) ЭЭ явились гнойно-септические
осложнения постоянного ЭКС. В связи с необходимостью замены ЭКС-системы на фоне облитерации доставляющих вен удалены 12 (13,9%) ЭЭ.
Показаниями к удалению 10 (11,5%) ЭЭ явились
жизнеугрожающие аритмии, провоцируемые ЭЭ
или их фрагментами, и 4 (4,6%) ЭЭ деимплантированы по поводу повторных тромбоэмболий
системы легочной артерии. В 47 (69%) наблюдениях электростимуляционная терапия осуществлялась в режиме VVI, в 15 (22%) – в режиме
DDD, в 3 (4,4%) – в режиме AAI и в 2 (2,9%)
наблюдениях – в режиме DDDR.
Среди методик деимплантации ЭЭ преобладала механическая дезоблитерация с применением
контртракции – 59 (67,8%) случаев. В 15 (17,2%)
случаях ЭЭ удалены хирургическим путем с выполнением мини-торакотомии и ограниченной
атриотомии в условиях beating heart в соответствии с внедренной в клиническую практику оригинальной методикой (заявка на изобретение
№ 2005126993 от 26.08.2005 г.). В 9 (10,3%) случаях
ЭЭ удалены из трансфеморального доступа, и 4
(4,6%) ЭЭ деимплантированы с использованием
фотоабляционной дезоблитерации ЭЭ с помощью
эксимерного лазера «Spectranetics CVХ-300».
Дооперационное инструментальное обследование включало стандартную электрокардиографию
(ЭКГ), холтеровское ЭКГ-мониторирование,
трансторакальную и чреспищеводную эхокардиоскопию (ЭхоКС), стресс-ЭхоКС, сцинтиграфию
миокарда, рентгеноконтрастную ангиокардиографию, чреспищеводное и, по показаниям, эндокардиальное электрофизиологическое исследование (ЭФИ). Эхокардиографические исследования
проводились с помощью диагностического комплекса Sonos-7500 («Phillips Corp.») с использованием секторального датчика 4Х в диапазоне частот
3,5–5 МГц. ЭхоКС-исследование выполняли в дооперационном периоде, а также через 6, 12
и 24 мес после деимплантации ЭЭ для постоянной
ЭКС. На основании ретроспективного изучения
данных историй болезни проведен сравнительный
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
45
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
анализ ЭхоКГ-показателей функции ПЖ до и после удаления ЭЭ. Кроме того, в послеоперационном периоде осуществлялся ЭхоКГ- и клинический мониторинг – оценивались параметры сократительной функции ПЖ, а также функциональный класс проявлений сердечной недостаточности в соответствии с классификацией NYHA. Распределение больных с различным количеством
правожелудочковых ЭЭ по классам хронической
сердечной недостаточности (ХСН) отражено
в таблице 1.
Таблица 1
Распределение больных по функциональным
классам ХСН в исследуемой группе
Результаты
Госпитальной и ранней послеоперационной
летальности не наблюдалось. Динамика ЭхоКГпоказателей функции ПЖ до операции и в отдаленном послеоперационном периоде отражена
в таблице 2.
Полученные данные свидетельствуют о достоверно значимом уменьшении (нормализации) таких важнейших морфофункциональных показателей ПЖ, как конечный диастолический размер,
толщина миокарда ПЖ и индекс потока регургитации на ТК спустя 12–24 мес с момента удаления ЭЭ. Причем, чем большее количество правожелудочковых ЭЭ удаляется у пациента, тем
в большей степени выражены процессы ремоделирования полости правого желудочка, что подтверждает оптимизация вышеуказанных показателей. Гемодинамические механизмы, приводящие к нормализации геометрии полости ПЖ
и улучшению его систолической функции, а также уменьшению регургитации на ТК, связаны
прежде всего с экстракцией ЭЭ из просвета ПЖ.
Понятно, что наличие в просвете ПЖ инородного тела, обладающего определенной массой и упругостью, вызывающего выраженный фибрознорубцовый процесс не только в области контакта
стимулирующей головки с эндокардом, но и на
всем протяжении контакта тела ЭЭ с эндокардом
ПЖ, а также клапанными и подклапанными
I
II
III
IV
1 ЭЭ (n =57)
33
21
3
–
2 ЭЭ (n =5)
1
3
1
–
3 ЭЭ (n =4)
–
1
1
2
4 ЭЭ (n =2)
–
–
1
1
структурами ТК, приводит к ограничению комплайнса и ухудшению контрактильной функции
ПЖ в сочетании с нарушением запирательной
функции ТК. Наличие же в полости ПЖ двух
и более ЭЭ вызывает, с одной стороны, их механическое взаимодействие, приводящее к отклонению внутрижелудочковых отрезков ЭЭ в различных плоскостях, а с другой стороны, гораздо
более выраженное разрастание периэлектродной
фиброзной ткани, часто связывающей множественные ЭЭ в единый конгломерат.
Приведенные рассуждения наглядно иллюстрирует следующее клиническое наблюдение.
П а ц и е н т Ш., 27 лет, госпитализирован
в Ростовский областной центр кардиологии
и сердечно-сосудистой хирургии 30.11.2005 г.
с жалобами на слабость, быструю утомляемость,
одышку при незначительной физической нагрузке, ежевечерние подъемы температуры до субфебрильных цифр.
Из анамнеза: страдает врожденной АВ-блокадой. В 1985 г. имплантирован ЭКС-2 с миокардиальным электродом ПЭМК-3 (VVI). В 1989 г. в связи
с переломом миокардиального электрода имплантирован ЭКС-500 с ЭЭ ПЭПУ (VVI). В 1998 г. электрокардиостимуляционная система заменена на
ЭКС-500М с ЭЭ ПЭЭД. В апреле 2005 г. проведена
Таблица 2
Сравнительная характеристика показателей функции ПЖ
в дооперационном и отдаленном послеоперационном периодах
Показатель функции ПЖ
Количество
удаленных ЭЭ
КДР ПЖ, мм
ТМ ПЖ, мм
Tei-индекс ПЖ
ИПП регургитации
на ТК, %
до
после
до
после
до
после
до
после
1 ЭЭ (n =57)
30
27
6,3
5,8
0,22±0,03
0,22±0,03
33
29
2 ЭЭ (n =5)
34
29
6,4
5,9
0,21±0,03
0,22±0,02
45
32
3 ЭЭ (n =4)
35
27
6,3
6,0
0,20±0,02
0,23±0,02
51
33
4 ЭЭ (n =2)
37
27
6,3
5,8
0,19±0,02
0,23±0,03
49
32
p
< 0,05
< 0,1
Н/д
< 0,05
П р и м е ч а н и е. КДР ПЖ – конечный диастолический размер ПЖ; ТМ ПЖ – толщина миокарда ПЖ; Tei-индекс ПЖ – интегративный показатель соотношения суммы времени изоволюмического сокращения и изоволюмического расслабления ПЖ к времени изгнания ПЖ; ИПП регургитации на ТК – индекс плотности потока регургитации на ТК.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
ФК ХСН (по NYHA)
Количество
ЭЭ в ПЖ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
46
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
замена электрокардиостимуляционной системы на
ЭКС-451 с двумя ЭЭ ЭЛОД (рис. 1).
В августе 2005 г. состояние больного ухудшилось – появились и нарастали вышеприведенные
жалобы, возникли потрясающие ознобы с гектическим характером лихорадки. Была начата антибактериальная терапия.
При поступлении состояние больного средней
тяжести, кожные покровы и видимые слизистые
бледные. Признаков воспаления области ложа
ЭКС нет. В общем анализе крови: Hb 98 г/л, лейкоцитоз 10,8×109/л, СОЭ 38 мм/ч. В посевах крови
высеяна гемокультура Streptococcus viridans, чувствительная к ванкомицину (+++). ЭКГ: Р-управляемая электрокардиостимуляция в режиме DDD,
ЧСС 75 уд/мин. Варио-тест: в режиме VVI – хронический порог стимуляции 2 мВ при длительности импульса 0,5 мс. Трансторакальная ЭхоКС:
КДР ПЖ – 33,2 мм, ФВ ПЖ – 46%, индекс массы
ПЖ – 32 г/м2. Поток регургитации на ТК 3+. ФВ
ЛЖ – 58%.
Установлен диагноз: врожденная полная АВблокада. Имплантированная ЭКС-система. ХСН –
2Б. ФК – III. Инфекционный эндокардит. Сепсис.
Миелотоксическая анемия.
20.12.2005 г. под местным обезболиванием в условиях интраоперационного чреспищеводного
ЭхоКС-контроля и временной эндокардиальной
электрокардиостимуляции (трансфеморальный
доступ) выполнена деимплантация эпикардиальной ЭКС-системы и двух «оставленных» ЭЭ с помощью эксимерного лазера СVХ-300 (Spectranetics
Corporation). При этом для внутрипросветной
фиксации ЭЭ использовался стилет LR-WIL 2022
(«COOK Corporation»), для эндоваскулярной
и внутрисердечной дезоблитерации и контртракции – лазерный катетер SLS II 12 Fr Kit. Параметры фотоаблации составили: мощность светового
пучка – 60 мJ/мм2, частота импульсов излучения –
40 Гц. Вмешательство не сопровождалось какимилибо техническими трудностями, однако спустя
12 мин с момента экстракции ЭЭ у больного развились признаки гемодинамического шока: резкая
бледность, нарушение сознания – оглушение,
снижение цифр артериального давления до
60/40 мм рт. ст. ЭхоКС выявила появление и нарастание (до 20 мм по правому контуру сердца) уровня жидкости в перикарде. Диагностировано осложнение эндоваскулярной процедуры – разрыв
стенки ПЖ, гемоперикард, тампонада сердца, острая сердечная слабость.
В экстренном порядке пациент транспортирован в кардиохирургическую операционную. Спустя 22 мин с момента развития осложнения под общим обезболиванием выполнена субксифоидальная перикардиотомия. Эвакуировано 300,0 мл венозной крови. После стабилизации гемодинамики произведена полная срединная стернотомия,
широко вскрыт перикард. Из полости перикарда
удалены сгустки крови. При ревизии обнаружено
перфорационное отверстие в области верхушки
ПЖ, прикрытое эпикардиальной жировой тканью и сгустками. Перфорационное отверстие
ушито одним П-образным швом на тефлоновых
прокладках. Имплантирована эпикардиальная
ЭКС-система – ЭКС-300 с ЭЭ «Capsure Epi»
(«Medtronic», Inc.).
Впоследствии наблюдалось гладкое течение
послеоперационного периода. Начиная с даты
а
б
Рис. 1. Дооперационная рентгенограмма пациента Ш.,
27 лет.
Рис. 2. ЭхоКГ-изображения транстрикуспидального потока регургитации пациента Ш., 27 лет.
а – дооперационная картина: в просвете ПЖ определяется конгломерат ЭЭ, выраженный поток регургитации на ТК 3+; б – спустя 6 мес с момента операции.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
47
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА
Полученные результаты свидетельствуют о клинической эффективности хирургических вмешательств, направленных на удаление ЭЭ для постоянной ЭКС. К настоящему моменту в Европе
и Российской Федерации не существует утвержденных рекомендаций, определяющих показания
к удалению инфицированных и скомпрометированных ЭЭ. Данное обстоятельство в определенной степени ограничивает широкое распространение вмешательств, направленных на деимплантацию «лишних» ЭЭ, в нашей стране. По этой
причине мы использовали показания, определенные учредительной конференцией NASPE 2000 г.
Тем не менее у клиницистов не вызывает сомнений необходимость деимплантации ЭЭ в случаях
их инфицирования, электрод-индуцированного
тромбообразования, электрод-индуцированных
жизнеугрожающих аритмий и др.
На сегодняшний день наиболее эффективным
способом регистрации параметров центральной
гемодинамики в процессе динамического наблюдения за пациентом в послеоперационном периоде является чреспищеводная и трансторакальная
ЭхоКС. Полученные в ходе исследования данные – уменьшение КДР ПЖ, нормализация толщины миокарда ПЖ, оптимизация Tei-индекса
(недостоверная) и снижение ИПП регургитации
на ТК – подтверждают процесс ремоделирования
ПЖ у пациентов, перенесших деимплантацию ЭЭ
в отдаленном послеоперационном периоде. По-
35
30
25
20
15
10
5
0
I ФК
II ФК
До операции
III ФК
IV ФК
После операции
Рис. 3. Динамика изменений ФК ХСН в дооперационном
и отдаленном послеоперационном периодах у больных
исследуемой группы.
скольку пространственная геометрия полости ПЖ
весьма вариабельна и не может быть описана языком математических закономерностей, использованные критерии систолической функции ПЖ
представляются наиболее информативными для
объективизации ремоделирования ПЖ.
Послеоперационный динамический ЭхоКСмонторинг у пациентов с удаленными ЭЭ необходим не только для верификации процессов ремоделирования ПЖ. Нельзя забывать, что в ряде наблюдений необратимая дисфункция ТК может
стать причиной прогрессирования дальнейшей
трансформации ПЖ и усугубления правожелудочковой недостаточности. При подобном развитии
патофизиологического сценария динамическая
ЭхоКС должна своевременно указывать на необходимость реконструктивного кардиохирургического вмешательства с целью нормализации запирательной функции ТК.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Бокерия Л. А., Гудкова Р. Г. Состояние сердечно-сосудистой хирургии в РФ в 2005 г. – М.: Изд-во НЦССХ
им. А. Н. Бакулева РАМН, 2006.
Каширин С. В., Егоров Д. Ф., Гуреев С. В. и др. Удаление
длительно имплантированных электродов для электростимуляции сердца // Вестник аритмол. – 2004. – № 35
(Приложение В). – С. 279–292.
Можаева Н. Н., Чудинов Г. В., Можаев И. В. и др. Эхокардиография как метод оценки ремоделирования правого
желудочка у пациентов с деимплантированными эндокардиальными электродами для постоянной электрокардиостимуляции // XV Всемирный конгресс Международного допплеровского общества: Тез. докл. и сообщ. – Тюмень, 2006. – С. 227.
Ревишвили А. Ш. Infection complications of pacing //
Europace-2005. – Prague, 2005. – Abstr. 667.
Шевченко Ю. Л., Попов Л. В. и др. Интраоперационная
чреспищеводная эхокардиография при вмешательствах
на сердце. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2004.
Bracke F. A., Botman C. J. et al. Transoesophageal echocardiographic evaluation of the tricuspid valve during laser sheath
extraction of pacemaker and ICD leads // Pacing Clin.
Electrophysiol. – 1999. – Abstr. 108.
De Cock C. C., Vinkers M., Van Campe L. C. et al. Long-term
outcome of patients with multiple (> or = 3) noninfected transvenous leads: a clinical and echocardiographic study // Ibid.
– 2000. – Vol. 23. – P. 423–426.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Заключение
40
Число больных
операции пациенту назначена антибиотикотерапия ванкомицином в суточной дозе 2 г продолжительностью 6 недель. Заживление послеоперационной раны – первичным натяжением. Пациент
выписан на 14-е сутки послеоперационного периода с рекомендациями дальнейшего наблюдения
и амбулаторного лечения в условиях поликлинического отделения Ростовского областного центра
кардиологии и сердечно-сосудистой хирургии.
При контрольном осмотре спустя 6 мес с момента операции пациент жалоб не предъявлял,
проявлений инфекционно-воспалительного процесса не отмечено, возросла толерантность к физической нагрузке, ФК ХСН понизился до I. При
выполнении ЭхоКС определяется КДР ПЖ
29,9 мм, регургитация на ТК 1+, ФВ ПЖ 48%, индекс массы ПЖ 30 г/м2 (рис. 2).
В отдаленном послеоперационном периоде
у большинства пациентов наблюдалось снижение
ФК ХСН и возрастание толерантности к физической нагрузке. На рисунке 3 отражена динамика изменений ФК ХСН в отдаленном послеоперационном периоде (срок наблюдения – 24 мес). Существенное улучшение ситуации, проявившееся в изменении у большинства прооперированных пациентов III–IV ФК на I–II ФК, мы связываем не
только с удалением ЭЭ и процессами ремоделирования ПЖ, но также с проведением этиопатогенетического лечения гнойно-септических осложнений постоянной электрокардиостимуляции.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
48
8.
9.
10.
11.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЛЕГОЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
De Vries H., Iversen S., Zimmermann W. et al. Chronic thromboembolic cor pulmonale in pacemaker-associated right atrial
thrombi. Pulmonary thromboendarterectomy with removal of
the electrodes as a life-saving measure // Dtsch. Med.
Wochenschr. – 1991. – Bd. 116. – S. 294–298.
Kawanishi D. T., Brinker J. A., Reeves R. et al. Cumulative hazard analysis of J-wire fracture in the Accufix series of atrial permanent pacemaker leads // Pacing Clin. Electrophysiol. –
1998. – Vol. 21. – P. 2322–2326.
Kawanishi D. T., Brinker J. A., Reeves R. et al. Kaplan–Meier
analysis of freedom from extraction or death in patients
with an accufix J retention wire atrial permanent pacemaker
lead: a potential management tool // Ibid. – 1998. – Vol. 21.
– P. 2318–2321.
Liebold A., Aebert H., Muscholl M. et al. Cerebral
embolism due to left ventricular pacemaker lead: removal
12.
13.
14.
15.
with cardiopulmonary bypass // Ibid. – 1994. – Vol. 17.
– P. 2353–2355.
Paniagua D., Aldrich H. R., Lieberman E. H. et al. Increased
prevalence of significant tricuspid regurgitation in patients
with transvenous pacemakers leads // Amer. J. Cardiol. – 1998.
– Vol. 82. – P. 1130–1132.
Pasquariello J. L., Hariman R. J., Yudelman I. M. et al.
Recurrent pulmonary embolization following implantation of
transvenous pacemaker // Pacing Clin. Electrophysiol. – 1984.
– Vol. 7. – P. 790–793.
Path to growth. Cardiac Lead Removal System //
Spectranetics annual report 2004. – Colorado Springs, 2005.
Trohman R. G., Wilkoff B. L., Byrne T. et al. Successful percutaneous extraction of a chronic left ventricular pacing lead //
Pacing Clin. Electrophysiol. – 1991. – Vol. 14. – P. 1448–1451.
Поступила 21.12.2006
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ
ЛЕГОЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2006
УДК 616.12-005.4:616.125-008.318:616.131
ВАРИАНТЫ ЛЕГОЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
У БОЛЬНЫХ ИШЕМИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНЬЮ СЕРДЦА
С СИНУСОВЫМ РИТМОМ И ФИБРИЛЛЯЦИЕЙ ПРЕДСЕРДИЙ
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
В. Е. Бодров, Н. А. Беляков, А. И. Тюкавин
ГОУ ВПО «Санкт-Петербургская медицинская академия последипломного образования»
(ректор – академик РАМН Н. А. Беляков)
На основании результатов реопульмонографии и/или перфузионной сцинтиграфии легких,
определения давления в легочной артерии и показателей общего легочного сопротивления у
182 больных ИБС (в 98% случаев с систолической дисфункцией левого желудочка) выявлено два
варианта изменений гемодинамики малого круга кровообращения. При первом варианте,
который наблюдался у 27% пациентов с синусовым ритмом и у 47% больных с фибрилляцией
предсердий, затруднение оттока из легочных вен отсутствовало, но имело место увеличение
общего легочного сопротивления и повышение давления в легочной артерии. При втором
варианте легочного кровообращения, зарегистрированном у 73% пациентов без аритмии и у
53% – с аритмией, затруднение оттока из малого круга сочеталось с повышением давления в
легочной артерии и общего легочного сопротивления. Изменения морфофункционального
состояния левых отделов сердца и клинические проявления недостаточности кровообращения
были выражены в большей степени у больных со вторым вариантом гемодинамики.
К л ю ч е в ы е с л о в а: ишемическая болезнь сердца, легочное кровообращение.
Two types of lesser circulation hemodynamic changes have been demonstrated in 182 patients with
ischemic heart disease (in 98% of the cases with systolic dysfunction) with the aid of reopulmonography
and/or perfusion lung scintigraphy, measurements of pulmonary artery pressure and indices of total
pulmonary resistance. In the first type, observed in 27% of patients with sinus rhythm and 47% of
patients with atrial fibrillation, no alteration of outflow from the pulmonary veins was found, however,
summarized data suggest that increased total pulmonary resistance and pulmonary artery pressure was
present. In the second type of pulmonary hemodynamics, was recorded in 73% of patients without
arrhythmia and in 53% of patients with arrhythmia, the alteration of outflow from the pulmonary veins
was combined with increased total pulmonary resistance and pulmonary artery pressure.
Morphofunctional changes of the left parts of the heart and clinic manifestations of heart failure in
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЛЕГОЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
49
patients with second type of pulmonary hemodynamics were more significant than in patients with the
first type of hemodynamics.
Замкнутый характер сердечно-сосудистой системы определяет взаимообусловленность изменений гемодинамики в ее отдельных регионах, однако соответствие между сдвигами показателей кровообращения в них наблюдается не всегда. Так,
диспропорция в степени повышения давления
в мелких легочных венах (так называемое давление заклинивания) и конечного диастолического
давления в левом желудочке (ЛЖ) встречается
у 31% больных ИБС, несмотря на то, что во время
диастолы легочные вены, левое предсердие (ЛП)
и ЛЖ образуют единую систему [11]. Пропорциональность возрастания давления заклинивания
и среднего давления в легочной артерии отмечается у пациентов с ИБС лишь в условиях пассивной
легочной артериальной гипертензии, тогда как
при ее активной форме такая пропорциональность
отсутствует [9].
Таким образом, данные литературы свидетельствуют о наличии достаточно сложных гемодинамических взаимосвязей в системе малого круга
кровообращения (МКК) больных ИБС.
Для оценки гемодинамических взаимосвязей
в системе малого круга кровообращения больных
ИБС было сопоставлено состояние легочного венозного оттока, микроциркуляции, уровня давления в легочной артерии и показателей общего легочного сопротивления.
Материал и методы
Обследованы 182 больных ИБС без сопутствующей патологии дыхательной системы в возрасте от
30 до 84 лет, среди которых было 135 мужчин и 47
женщин. Ведущим проявлением ИБС у 142 пациентов явился синдром стенокардии, из них у 75
в прошлом имели место один, два или три инфаркта миокарда; 9 больных переносили подострую стадию инфаркта миокарда, у 17 заболевание проявлялось в форме постинфарктного кардиосклероза,
и у 14 пациентов (с фибрилляцией предсердий) при
поступлении в стационар на электрокардиограмме
отмечались признаки ишемии миокарда.
Из 182 больных ИБС у 131 был синусовый ритм
и у 51 – фибрилляция предсердий (ФП), продолжительность которой в 6 случаях не превышала
6 недель, в 6 – колебалась от 6 недель до 1 года,
в 31 – длилась более года и в 8 случаях точно установить время появления ФП не представлялось
возможным. Нормосистолическую форму ФП
имели 39 пациентов, тахисистолическую, с частотой желудочковых ответов от 102 до 130 в минуту, – 12 больных.
Клинические проявления недостаточности
кровообращения (НК) у 52 пациентов отсутствовали, у 80 – не превышали I стадии и у 50 больных –
соответствовали IIА, Б стадии. Снижение глобаль-
ной систолической функции ЛЖ, которое констатировалось при значениях его фракции выброса
(ФВ) менее 55%, наблюдалось у всех пациентов
с синусовым ритмом сердца и у 46 больных с ФП.
Контрольную группу составили 129 лиц (78
мужчин и 51 женщина) без сердечно-сосудистой
и бронхолегочной патологии в возрасте от 26 лет
до 71 года.
Исследование легочной микроциркуляции
(ЛМКЦ) у больных с синусовым ритмом и ФП,
а также у контрольных испытуемых осуществлялось с помощью перфузионной сцинтиграфии
легких (ПСЛ) с микросферами человеческого альбумина, меченными 99mТс, в вертикальном положении на гамма-камере МВ-9100 венгерского производства в соответствии с рекомендациями Минздрава СССР (1987 г.). Процент радиоактивности,
которая пропорциональна кровотоку, рассчитывался в трех равных по вертикали прямоугольных
зонах передней и задней проекции легких,
при этом сумма активностей каждой проекции
принималась за 100%, а затем радиоактивность одноименных зон передней и задней проекции усреднялась.
Кроме того, у больных с синусовым ритмом
сердца и лиц контрольной группы с помощью
реоплетизмографа РПГ4-01 на кардиополиграфе
3 НЕК синхронно с электро- и фонокардиограммой регистрировались реопульмонограммы (РПГ)
по методике Ю. Т. Пушкаря [7]. Проводился количественный анализ пресистолических и диастолических волн РПГ, увеличение которых является
признаком венозного застоя в легких [5].
Отток крови из малого круга считался ненарушенным, если удовлетворялись следующие условия: во-первых, показатели интенсивности ЛМКЦ
у пациентов с синусовым ритмом и ФП в базальных зонах легких не выходили за пределы нижней
границы нормы, а в верхних и средних зонах – за
пределы верхней границы нормы [12]; во-вторых,
у больных с синусовым ритмом сердца значения
всех трех показателей РПГ укладывались в диапазон нормальных значений. Если хотя бы одно из
этих условий нарушалось, то констатировалось затруднение оттока из легочных вен. При этом использовались ранее опубликованные нормативы
интенсивности ЛМКЦ в отдельных зонах легких
и параметров РПГ [1].
Систолическое, среднее гемодинамическое
и диастолическое давление в легочной артерии определялось на эхокардиографе Sim-5000 по методике, описанной в литературе [13]. Значения среднего гемодинамического давления использовались для расчета показателей общего легочного
сопротивления (ОЛС).
С помощью ультразвукового метода у больных
и контрольных испытуемых по общепринятой ме-
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
K e y w o r d s: ischemic heart disease, pulmonary circulation.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
50
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЛЕГОЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
тодике также изучалось морфофункциональное
состояние левых отделов сердца. Систолическая
функция ЛП оценивалась по показателю укорочения его переднезаднего размера в систолу, а темп
релаксации миокарда ЛЖ – по скорости расслабления задней стенки.
Достоверность различий количественных показателей определялась с помощью t-критерия
Стьюдента, а достоверность различий встречаемости изменений показателей оценивалась с помощью критерия χ2 и точного метода Фишера; цифровой материал представлен в виде средних значений и их стандартной ошибки.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Результаты исследования
Результаты оценки состояния оттока из МКК,
проведенной в соответствии с описанными выше
критериями у больных ИБС с синусовым ритмом,
показали, что у 35 (26,7%) из них он был не нарушен (первая группа) и у 96 (73,3%) – затруднен
(вторая группа).
В таблице 1 отражены данные ПСЛ больных
первой и второй группы. Как видно из материалов
таблицы, у пациентов первой группы изменения
ЛМКЦ отсутствовали. У больных второй группы
затруднение оттока из МКК на уровне системы
микроциркуляции отразилось в виде гиперперфузии обеих верхних и гипоперфузии обеих нижних
зон в сочетании с гиперперфузией средней зоны
левого легкого.
Результаты РПГ согласовались с данными
ПСЛ: у пациентов с ненарушенным оттоком из легочных вен средние значения всех трех реографических показателей не отличались от таковых
у контрольных испытуемых, а у больных с затрудненным оттоком средние значения двух из них были увеличены и показатель одного – снижен. Это
Таблица 1
Данные перфузионной сцинтиграфии легких
у больных ИБС с синусовым ритмом
и разным состоянием оттока
из малого круга кровообращения
Интенсивность легочной
микроциркуляции, %
Область
исследования
Состояние оттока из МКК
Контроль
(n =37)
не нарушен
(n =35)
затруднен
(n=96)
соответствовало возрастанию амплитуды пресистолических и диастолических волн и увеличению
площади под нисходящей частью реограмм.
Согласно данным, представленным в таблице 2, повышение давления в легочной артерии
и увеличение ОЛС имели место не только у пациентов с затрудненным, но и у больных с ненарушенным оттоком из МКК. Сочетание ненарушенного оттока из посткапиллярного отдела малого
круга с повышенным давлением в легочной артерии и ОЛС свидетельствовало, что увеличение последнего у пациентов первой группы происходило
за счет артериолярной составляющей. Это приводило, с одной стороны, к ограничению притока
крови в венозный отдел малого круга, с другой –
вызывало повышение давления в легочной артерии. Уровень давления в легочной артерии и показатель ОЛС у больных второй группы были более
высокими, чем у пациентов первой группы.
Таким образом, изменения легочного кровообращения у больных ИБС с систолической дисфункцией ЛЖ встречались в двух вариантах:
при первом из них отток крови из легочных вен
был не нарушен, а ОЛС и давление в легочной артерии повышены. При втором варианте затруднение оттока из МКК сочеталось с увеличением
ОЛС и повышением давления в легочной артерии.
Для объяснения различий в состоянии гемодинамики МКК у пациентов первой и второй групп
были проанализированы результаты их эхокардиографии. Из материалов таблицы 3 видно, что
у больных обеих групп наблюдались гипертрофия
и замедление расслабления миокарда задней стенки ЛЖ, увеличение его конечного диастолического объема, а также снижение систолической функции дилатированного ЛП, которые, как было показано ранее, являются у пациентов с ИБС факторами затруднения оттока из МКК в период диастолы [2]. При этом два последних из перечисленных факторов были выражены в большей степени
у пациентов второй, чем у больных первой группы.
Таблица 2
Давление в легочной артерии и общее
легочное сопротивление у больных ИБС
с синусовым ритмом и разным состоянием
оттока из малого круга кровообращения
Показатель
Контроль
(n=39)
Левое легкое
верхняя зона
28,2±0,42
28,5±0,26
30,1±0,28*
средняя зона
38,3±0,27
38,6±0,30
40,1±0,26*
нижняя зона
33,5±0,43
32,9±0,37
29,8±0,27*
верхняя зона
26,2±0,48
26,8±0,38
28,3±0,32*
средняя зона
38,7±0,31
37,9±0,26
39,3±0,26
нижняя зона
35,1±0,45
35,3±0,44
32,4±0,34*
Правое легкое
* Достоверность различий по сравнению с контролем при
р<0,001.
Состояние оттока
из МКК
не нарушен
(n=35)
затруднен
(n=95)
32,0±1,4*
p
СДЛА
19,7±0,6
24,7±1,3**
<0,001
СГДЛА
12,0±0,4
15,3±0,9**
20,0±0,9*
<0,001
ДДЛА
7,3±0,3
9,8±0,6**
13,3±0,7*
<0,001
ОЛС
197±10
294±18*
370±22*
<0,01
П р и м е ч а н и е. СДЛА – систолическое давление в легочной
артерии, СГДЛА – среднее гемодинамическое, ДДЛА – диастолическое (мм рт. ст.), ОЛС – общее легочное сопротивление
(дин⋅с⋅см–5).
* Достоверность различий по сравнению с контролем при
p<0,001; ** при p<0,01.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
51
Таблица 3
У пациентов рассматриваемых групп также имелись причины для затруднения оттока
Данные эхокардиографии больных ИБС
из легочных вен во время систолы, в качестве
с синусовым ритмом и разным состоянием
которых выступали снижение глобальной сиоттока из малого круга кровообращения
столической функции ЛЖ и нарушение его
Состояние оттока
локальной сократимости (см. табл. 3). Однаиз МКК
Контроль
ко, судя по показателю фракции выброса,
p
Показатель
(n
=39)
снижение глобальной систолической функне нарушен
затруднен
(n =35)
(n = 96)
ции ЛЖ было более значительным у больных
второй группы. Более выраженными у них
УО
76,7±2,4
66,9±3,5***
69,1±2,1***
–
оказались и нарушения локальной сократиМОК
5,05±0,18
4,44±0,25
4,79±0,17
–
мости ЛЖ, заключавшиеся в гипокинезии
задней стенки и межжелудочковой перегоФВ
66,3±1,2
41,9±1,6*
37,2±0,9*
<0,05
родки, которая у пациентов первой группы
КДО
117,2±3,7
167,6±11,2*
194,0±6,6*
<0,05
функционировала в нормальном режиме.
ЭМЖП
0,70±0,02
0,60±0,05
0,54±0,03*
–
Среднее значение минутного объема крови у пациентов сравниваемых групп не отлиЭЗСЛЖ
1,07±0,03
0,63±0,06*
0,61±0,03*
–
чалось от соответствующего значения у лиц
ИММЛЖ
107±2,6
155±8,4*
172±7,0*
–
контрольной группы. Отсюда следует, что величины минутного объема крови, входящие
СРЗСЛЖ
6,39±0,20
3,89±0,36*
3,56±0,25*
–
в формулу для расчета ОЛС, существенно на
ПЗРЛП
3,45±0,06
3,85±0,10**
4,31±0,06*
<0,001
его показатель не влияли. Увеличенные значения ОЛС у пациентов первой и второй
%∆S ПЗРЛП
28,8±1,1
25,1±1,4***
19,4±1,0*
<0,01
групп формировались главным образом за
П р и м е ч а н и е. УО – ударный объем (мл), ФВ – фракция выброса
счет возросших значений среднего гемодиналевого желудочка (%), КДО – конечный диастолический объем (мл),
ЭМЖП – экскурсия межжелудочковой перегородки (см), ЭЗСЛЖ –
мического давления в легочной артерии.
экскурсия задней стенки левого желудочка (см), ИММЛЖ – индекс
Снижение показателей ударного объема
массы миокарда левого желудочка (г⋅м–2), СРЗСЛЖ – скорость расимело место у больных обеих групп, но прослабления задней стенки левого желудочка (см⋅с–1), ПЗРЛП – переднезадний размер левого предсердия (см), %∆S ПЗРЛП – фракция
исходило оно в силу разных причин. У пациукорочения левого предсердия (%).
ентов первой группы ударный выброс сни* В данной и последующих таблицах достоверность различий по сравжался за счет уменьшения притока крови
нению с контролем при p<0,001, ** при p<0,01, *** при p<0,05.
к ЛЖ под влиянием увеличения артериолярной составляющей ОЛС. Уменьшение ударного
у больных с первым вариантом. Различия выявиобъема у больных второй группы явилось следстлись и в числе лиц с расширенным ЛП (передневием систолической дисфункции ЛЖ и его выхода
задний размер более 4,0 см) среди больных сравиз «подчинения» закону Франка–Старлинга в усниваемых групп. Из 35 пациентов с первым вариловиях выраженной дилатации.
антом гемодинамики малого круга расширение
Итак, по факторам, ответственным за затрудЛП наблюдалось у 12 (34,3%), в то время как из 96
нение оттока из легочных вен как во время диастобольных со вторым вариантом – у 72 (75%), то есть
лы, так и во время систолы, пациенты со вторым
более чем в 2 раза чаще (χ2= 16,75; p = 0,0000). Далее среди пациентов с каждым вариантом изменевариантом легочного кровообращения были более
ний легочного кровообращения было подсчитано
отягощенными, чем больные с первым вариантом,
число лиц с умеренным (переднезадний размер
у которых в условиях ограничения притока крови
от 4,1 до 5 см) и резким (переднезадний размер бов посткапиллярный отдел малого круга данные
лее 5 см) расширением ЛП. Выяснилось, что у всех
факторы не реализовались.
12 больных с первым вариантом кровообращения
Своеобразной расплатой за разгрузку венознои расширенным ЛП его дилатация была умеренго отдела малого круга у больных с первым варианной. Из 72 больных со вторым вариантом гемодитом легочного кровообращения явились повышенамики и расширенным ЛП в 60 (83,3%) случаях
ние давления в легочной артерии и гипертрофия
имела место его умеренная дилатация и в 12
правого желудочка, толщина передней стенки ко(16,7%) – резкая.
торого у них составила в среднем 0,46±0,02 см
Таким образом, в отличие от пациентов со втопротив 0,34±0,01 см в контроле (p <0,001).
рым вариантом изменений легочного кровообраВ качестве возможной причины повышения
щения у основной массы больных с первым варитонуса артериол малого круга у пациентов с перантом левое предсердие было либо не увеличено,
вым вариантом изменений легочного кровообралибо умеренно расширено, что, возможно, явилось
щения рассматривался рефлекс Китаева, аффеодним из условий включения рефлекса Китаева.
рентное звено которого берет начало в стенках
Различия, обнаруженные со стороны гемодинаЛП. Поэтому степень выраженности его расширемики МКК у больных с ее изменениями по первония была проанализирована у больных с первым
му и второму вариантам, нашли отражение и в их
и вторым вариантами изменений гемодинамики
клиническом статусе, для оценки которого отсутмалого круга. Из материалов таблицы 3 видно, что
ствие у пациента проявлений НК принималось за 0
у пациентов со вторым вариантом кровообращебаллов, наличие НК I стадии – за 1 и НК IIА, Б
ния дилатация ЛП была более значительной, чем
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЛЕГОЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
52
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЛЕГОЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
стадии – за 2 балла. Выраженность клинических
признаков НК у пациентов с первым и вторым вариантами легочного кровообращения в среднем
составила соответственно 0,51±0,11 и 1,02±0,11
балла (p<0,001). Данные различия определялись
отсутствием легочного венозного застоя у больных
с первым вариантом гемодинамики малого круга
и его наличием у пациентов со вторым вариантом,
а также более высоким уровнем у последних давления в легочной артерии (см. табл. 3).
После оценки показателей легочного кровообращения и левых отделов сердца у пациентов
с ИБС и синусовым ритмом их состояние было
проанализировано у больных с ФП.
На основании результатов изучения состояния
оттока из малого круга у 51 пациента с ИБС и ФП
выяснилось, что у 24 (47%) из них он был не нарушен (первая группа) и у 27 (53%) – затруднен (вторая группа).
По данным ПСЛ изменения ЛМКЦ у больных
первой группы отсутствовали (табл. 4). У пациентов второй группы затруднение оттока из МКК на
уровне системы микроциркуляции отразилось
в виде гиперперфузии обеих верхних и гипоперфузии обеих нижних зон в сочетании с гиперперфузией средней зоны левого легкого.
Легочная артериальная гипертензия и увеличение ОЛС наблюдались по суммарным данным не
только у больных второй, но и у пациентов первой
группы (табл. 5), у которых, как и у больных с первым вариантом легочного кровообращения и синусовым ритмом, увеличение ОЛС происходило за
счет возрастания его артериолярной составляющей.
Различия со стороны изменений легочного кровообращения носили у пациентов первой и второй
групп не только качественный, но и количественный характер: уровень давления в легочной артерии
и показатель ОЛС у больных второй группы были
более высокими, чем у пациентов первой группы.
Как видно из представленных данных, первый
и второй варианты изменений легочного кровообращения, выделенные у больных ИБС с синусовым
ритмом, также были зарегистрированы у пациентов, страдающих ИБС и ФП. Из материалов, представленных в таблице 6, видно, что у больных с ФП
первой и второй групп отмечалось увеличение конечного диастолического объема и гипертрофия
ЛЖ, то есть имели место факторы, ответственные
за затруднение оттока из МКК во время диастолы.
С точки зрения степени выраженности дилатации
ЛЖ пациенты сравниваемых групп достоверно не
различались, однако его гипертрофия была более
значительной у больных второй группы.
Фактором затруднения оттока во время систолы у пациентов обеих групп явилось снижение
глобальной систолической функции ЛЖ, которое,
судя по показателю фракции выброса, было умеренным у больных первой группы и резким – у пациентов второй группы.
Помимо ФП падению ударного объема у больных первой группы способствовало ограничение
притока крови в венозный отдел малого круга в ответ на увеличение артериолярного компонента
Таблица 4
Данные перфузионной сцинтиграфии легких
у больных ИБС с фибрилляцией предсердий
и разным состоянием оттока
из малого круга кровообращения
Интенсивность легочной
микроциркуляции, %
Область
исследования
Состояние оттока из МКК
Контроль
(n =37)
не нарушен
(n = 24)
затруднен
(n = 27)
Левое легкое
верхняя зона
28,2±0,42
28,7±0,30
30,5±0,53**
средняя зона
38,3±0,27
39,0±0,36
40,8±0,46*
нижняя зона
33,5±0,43
32,3±0,43
28,7±0,44*
Правое легкое
верхняя зона
26,2±0,48
27,0±0,50
29,6±0,46*
средняя зона
38,7±0,31
38,3±0,25
39,0±0,49
нижняя зона
35,1±0,45
34,7±0,59
31,4±0,52*
Таблица 5
Давление в легочной артерии и общее
легочное сопротивление у больных ИБС
с фибрилляцией предсердий
и разным состоянием оттока
из малого круга кровообращения
Показатель
Контроль
(n = 39)
Состояние оттока
из МКК
не нарушен
(n= 24)
затруднен
(n =24)
p
СДЛА
19,7±0,6
34,1±1,5*
40,0±2,3*
<0,05
СГДЛА
12,0±0,4
21,5±1,0*
25,4±1,5*
<0,05
ДДЛА
7,3±0,3
14,3±0,7*
16,8±1,0*
<0,05
ОЛС
197±10
383±30*
513±39*
<0,05
Таблица 6
Данные эхокардиографии больных ИБС
с фибрилляцией предсердий
и разным состоянием оттока
из малого круга кровообращения
Показатель
Контроль
(n =39)
Состояние оттока
из МКК
не нарушен
(n = 24)
p
затруднен
(n =26)
УО
76,7±2,4
60,7±2,8*
50,1±2,4*
<0,01
МОК
5,05±0,18
4,96±0,24
4,05±0,19*
<0,01
ФВ
66,3±1,2
41,3±1,7*
31,7±2,7*
<0,01
КДО
117,2±3,7
150,6±8,3*
179,1±12,0*
–
107±2,6
153±8,7*
189±10,9*
<0,05
3,45±0,06
4,60±0,10*
5,18±0,14*
<0,01
ИММЛЖ
ПЗРЛП
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЛЕГОЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
Обсуждение
На основании результатов проведенных исследований установлено, что изменения легочного
кровообращения у больных ИБС с синусовым
ритмом и сниженной глобальной систолической
функцией ЛЖ (ФВ<55%), а также у пациентов
с ФП (в 92% случаев с ФВ ЛЖ <55%) встречаются
в виде двух вариантов. При первом из них, зарегистрированном у 27% больных с синусовым ритмом
и у 47% пациентов с ФП, повышение ОЛС и давления в легочной артерии происходит без нарушения оттока из малого круга. При втором варианте,
который имел место у 73% больных с синусовым
ритмом и у 53% пациентов с ФП, затруднение оттока из легочных вен сочетается с увеличением
ОЛС и повышением давления в легочной артерии.
При трактовке изменений гемодинамики малого круга по первому варианту учитывалась
структура ОЛС, которое включает пре- и посткапиллярное сопротивление. Представляется, что
отсутствие у больных затруднения оттока из системы легочной микроциркуляции и венозного
сегмента малого круга исключало возрастание
ОЛС за счет посткапиллярной составляющей
и свидетельствовало, что его увеличение происходило за счет прекапиллярного компонента. Артериолярная вазоконстрикция приводила к двум сопряженным эффектам: повышению давления
в легочной артерии и ограничению притока крови
в микроциркуляторное и венозное русло малого
круга, а также к ЛЖ. Косвенным подтверждением
редукции кровотока служило снижение у пациентов с обсуждаемым вариантом гемодинамики
ударного объема.
В отличие от первого варианта легочного кровообращения, при котором давление в легочной
артерии повышалось за счет активного механизма,
его возрастание при втором варианте происходило
главным образом за счет пассивного присоединения к легочному венозному застою невысокой легочной артериальной гипертензии. По данным литературы, легочная артериальная гипертензия
у больных ИБС является пассивной, если уровень
среднего давления не превышает 40 мм рт. ст. [8].
Для ответа на вопрос, почему у одних больных
гемодинамика малого круга изменялась по первому, а у других – по второму варианту, был проведен
сравнительный анализ состояния факторов оттока
из легочных вен у этих больных.
Факторами затруднения оттока из малого круга
во время диастолы у пациентов с обоими вариантами легочного кровообращения явились увеличение конечного диастолического объема и гипертрофия ЛЖ, замедление расслабления его миокарда, а у больных с синусовым ритмом к тому же систолическая дисфункция ЛП.
Факторы затруднения оттока в период систолы
были представлены при первом и втором вариантах гемодинамики снижением глобальной систолической функции и локальной сократимости
ЛЖ, которая оценивалась у пациентов с синусовым ритмом сердца.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
ОЛС, а у пациентов второй группы – аритмический синдром и резко выраженная систолическая
дисфункция ЛЖ. Снижение ударного объема
у больных второй группы было более значительным, чем у пациентов первой группы, и привело
у них к уменьшению минутного объема крови.
Аритмический синдром выступал не только
в качестве одной из причин снижения у пациентов
обеих групп ударного объема, но и как один из
факторов затруднения оттока из легочных вен.
Особенно это касалось больных второй группы,
у 10 (38%) из которых имела место тахисистолическая форма ФП, которая вследствие укорочения
диастолы приводила к дополнительному нарушению оттока из легочных вен.
Итак, по большинству факторов, определяющих состояние оттока из малого круга, больные
второй группы оказались более отягощенными,
чем пациенты первой группы. Данные различия,
по-видимому, и определили вариант, по которому
развивались у больных ИБС с ФП изменения легочного кровообращения.
Разгрузка венозного отдела МКК у пациентов
с первым вариантом легочного кровообращения
достигалась ценой развития легочной артериальной гипертензии и гипертрофии правого желудочка. Толщина его передней стенки у рассматриваемых больных в среднем составила 0,47±0,03 см,
в то время как у контрольных испытуемых она равнялась 0,34±0,01 см ( p <0,001).
Так же, как и у пациентов с первым и вторым
вариантами гемодинамики малого круга и синусовым ритмом сердца, у больных с ФП и аналогичными вариантами изменений легочного кровообращения был проведен сравнительный анализ степени выраженности дилатации ЛП. Как видно из
материалов таблицы 6, переднезадний размер ЛП
у пациентов второй группы превосходил таковой
у больных первой группы. Из 24 больных первой
группы у 4 размер ЛП не превышал нормы, у 16
наблюдалось умеренное и у 4 пациентов – резкое
расширение ЛП. Среди больных второй группы
лиц с не увеличенным ЛП не было: в 10 из 26 случаев имело место его умеренное расширение
и в остальных 16 – резкое. Резкое расширение ЛП
встретилось лишь у 16,7% пациентов с ненарушенным оттоком из легочных вен, тогда как у больных
с затрудненным оттоком – в 61,5% случаев, то есть
в 3,7 раза чаще ( p = 0,0013).
Таким образом, ЛП у большинства пациентов
с первым вариантом легочного кровообращения
было либо не увеличено, либо умеренно расширено, что рассматривалось как одно из условий реализации у них рефлекса Китаева – вероятного механизма артериолярной вазоконстрикции в системе МКК.
Выраженность клинических проявлений НК
у больных с ФП и первым вариантом легочного кровообращения в среднем составила 1,00±0,15 балла,
а у пациентов со вторым вариантом – 1,54±0,11 балла (p<0,01). Значит, результаты исследования гемодинамики МКК у больных сравниваемых групп согласовывались с данными клиники.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
54
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЛЕГОЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
Результаты сравнительного анализа показали,
что по выраженности большинства из перечисленных факторов лидировали больные со вторым вариантом легочного кровообращения. У них же отмечалось и наиболее негативное влияние на гемодинамику малого круга присоединения ФП, которая более чем в трети случаев носила тахисистолическую форму.
Представляется, что отмеченные различия определили вариант, по которому формировались изменения гемодинамики малого круга у больных ИБС.
Ограничение притока крови в посткапиллярный отдел малого круга при первом из них может
быть квалифицировано как явление компенсаторное, направленное на предотвращение легочного
венозного застоя и снижение преднагрузки на левые отделы сердца. Последнее, по всей видимости,
способствовало тому, что факторы затруднения оттока из легочных вен у пациентов с первым вариантом легочного кровообращения оказались гемодинамически незначимыми. Легочная артериолярная вазоконстрикция привела у этих больных
к повышению давления в легочной артерии и развитию гипертрофии правого желудочка, что свидетельствовало о несовершенстве данной компенсаторной реакции.
Различия между пациентами с первым и вторым
вариантами гемодинамики малого круга заключались не только в наличии у последних легочного венозного застоя, но и в более значительном повышении у них ОЛС и давления в легочной артерии.
Как и следовало ожидать, клинические проявления НК, степень манифестации которых определяется состоянием гемодинамики МКК, были
более выраженными у больных со вторым, чем
у пациентов с первым вариантом легочного кровообращения.
Трактовка причин повышения легочного артериолярного сопротивления у больных ИБС с первым вариантом гемодинамики малого круга проводилась в свете данных литературы. Известно, что
катехоламины и ангиотензин, уровень которых повышается при сердечной недостаточности, обладают способностью повышать легочное сосудистое
сопротивление [4, 10, 14]. Однако увеличение
в крови концентрации адреналина происходит при
сердечной недостаточности III функционального
класса по классификации Нью-Йоркской сердечной ассоциации (1964 г.), а ренина – при IV функциональном классе [15]. В то же время у основной
массы пациентов с первым вариантом гемодинамики малого круга имела место сердечная недостаточность I или II функционального класса, у которых объяснить повышение тонуса легочных артериол за счет перечисленных вазоактивных веществ
не представлялось возможным. Поэтому в качестве
причины вазоконстрикции в системе МКК у больных с первым вариантом легочного кровообращения рассматривался рефлекс Китаева.
Истории известно немало примеров научного
предвидения, один из которых связан с именем
Ф. Я. Китаева (1931 г.), высказавшего предположение о том, что причиной легочной гипертензии
при митральном стенозе является рефлекторное
сокращение артериол МКК. В дальнейшем существование рефлекса Китаева нашло подтверждение
не только в условиях эксперимента, но и в клинике. Так, А. А. Вишневский и его сотрудники во время растяжения зондом ЛП у больных с дефектом
межпредсердной перегородки наблюдали повышение давления в легочной артерии [3].
Ишемия миокарда, которая имела место у 51%
больных с синусовым ритмом и у 46% пациентов
с ФП и первым вариантом легочного кровообращения, вероятно, могла играть роль пускового механизма рефлекса Китаева. Данная гипотеза основывается на результатах экспериментальных исследований, выполненных В. С. Куприяновым [6].
Автор показал, что локальная ишемия миокарда,
вызванная перевязкой венечных артерий, сопровождается в подавляющем большинстве случаев
уменьшением оттока из вен изолированной доли
легкого или повышением перфузионного давления
в артерии этой доли. Денервация доли легкого приводила к исчезновению перечисленных изменений, что свидетельствовало об их рефлекторной
природе.
Поскольку ЛП имеет непосредственное отношение к афферентной части рефлекса Китаева,
его переднезадний размер был сопоставлен у больных с первым и вторым вариантами гемодинамики
малого круга. В результате выяснилось, что у основной массы пациентов с первым вариантом легочного кровообращения ЛП было либо не увеличено, либо умеренно расширено. Увеличение ЛП
у больных со вторым вариантом гемодинамики
встречалось значительно чаще, чем у пациентов
с первым вариантом, в том числе в резкой степени.
Можно предположить, что отсутствие или небольшая степень дилатации ЛП явились одним из
условий включения рефлекса Китаева у больных
с первым вариантом легочного кровообращения.
Выводы
1. Изменения легочного кровообращения у пациентов с ИБС и в 98% случаев сниженной систолической функцией левого желудочка встречаются в виде двух вариантов: при первом из них (27%
пациентов с синусовым ритмом и 47% – с фибрилляцией предсердий) отток крови из малого круга
не нарушен, но имеет место повышение давления
в легочной артерии и общего легочного сопротивления, при втором (73% случаев без аритмии
и 53% – с аритмией) – венозный застой в малом
круге сочетается с повышенным давлением в легочной артерии и увеличенным общим легочным
сопротивлением.
2. Давление в легочной артерии и общее легочное сопротивление, а также суммарный балл выраженности клинических проявлений недостаточности кровообращения были достоверно выше
у больных со вторым вариантом гемодинамики малого круга, чем у пациентов с первым вариантом.
3. Фактором, определяющим вариант гемодинамики малого круга кровообращения у больных
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧЕЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
ИБС, является степень морфофункциональных
изменений левых отделов сердца: при менее выраженных изменениях формируется первый вариант
легочного кровообращения, а при более выраженных – второй.
7.
8.
9.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Бодров В. Е. Исследование гемодинамики малого круга
кровообращения в клинической кардиологии: Метод. пособие для врачей. – СПб.: СПбГПМА, 1998. – 24 с.
Бодров В. Е. Легочное кровообращение у больных ишемической болезнью сердца и митральным стенозом: Автореф. дис. … д-ра мед. наук. – СПб., 2001. – 41 с.
Вишневский А. А. и др. О некоторых механизмах развития
легочной гипертензии при пороках сердца // Кардиология. – 1967. – № 3. – С. 41–49.
Гриппи М. А. Патофизиология легких / Пер. с англ. – М.:
Восточная книжная компания, 1997. – 344 с.
Зарецкий В. В., Новиков А. М. Сопоставление реограмм
легкого с кривыми давления в легочной артерии у больных пороками сердца // Кардиология. – 1970. – № 1. –
С. 82–93.
Куприянов В. С. Влияние изменений коронарного кровотока на тонус сосудов малого круга кровообращения //
Бюлл. эксперим. биологии и медицины. – 1965. – № 10.
– С. 17–20.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
55
Пушкарь Ю. Т. Реография (импедансплетизмография,
электроплетизмография) // Справочник по функциональной диагностике / Под ред. И. А. Кассирского. – М.:
Медицина, 1970. – С. 174–179.
Capomolla S. et al. Invasive and non-invasive determinants of
pulmonary hypertension in patients with chronic heart failure //
J. Heart Lung Transplant. – 2000. – Vol. 19, № 5. – P. 426–438.
Cooper C. J. et al. The influence of basal nitric oxide activity on
pulmonary vascular resistance in patients with congestive heart
failure // Amer. J. Cardiol. – 1998. – Vol. 82, № 5. – P. 609–614.
Erdmann E. Pathophysiology of heart failure // Heart. – 1998.
– Vol. 79 (Suppl. 2). – P. 53–55.
Flores E. D., Lange A., Hillis L. D. Relation of mean pulmonary arterial wedge pressure and left ventricular end –
diastolic pressure // Amer. J. Cardiol. – 1990. – Vol. 66,
№ 20. – P. 1532–1533.
Hughes J. M. B. et al. Factors determining the distribution of pulmonary blood flow in patients with raised pulmonary venous
pressure // Clin. Science. – 1969. – Vol. 37, № 3. – P. 847–858.
Isobe M. et al. Prediction of pulmonary arterial pressure in
adults by pulsed doppler echocardiography // Amer. J. Cardiol.
– 1986. – Vol. 57, № 4. – P. 316–321.
Leuenberg U., Zelis R. Peripheral circulatory abnormalities and
the role of the sympathetic nervous system in heart failure //
Heart Failure. – 1989. – Vol. 5, № 4. – P. 188–198.
Nishikimi T. et al. Increased plasma levels of adrenomedullin in
patients with heart failure // JACC. – 1995. – Vol. 26, № 6. –
P. 1424–1431.
Поступила 07.12.2006
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ
ПОЧЕЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
УДК 616.61-066:616.136.7
ОЦЕНКА ПОЧЕЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ ПОСЛЕ ОРГАНОСОХРАНЯЮЩИХ
И ОРГАНОУНОСЯЩИХ ОПЕРАЦИЙ У БОЛЬНЫХ ПОЧЕЧНО-КЛЕТОЧНЫМ РАКОМ
Ю. Г. Аляев, М. Е. Чалый
Клиника урологии (дир. – член-корр. РАМН Ю. Г. Аляев) Московской медицинской
академии им. И. М. Сеченова
С целью изучения особенностей кровообращения в почке после органосохраняющих и органоуносящих операций у больных почечно-клеточным раком 173 больным в разные сроки после органосохраняющих операций или нефрэктомии выполняли эходопплерографию.
Через 36–42 мес после органосохраняющей операции в отсутствие сосудистых нарушений
отмечена стабилизация показателей почечного кровотока (завершение гемодинамических изменений в оперированной и противоположной почке). У больных с выявленными до операции
признаками артериолосклероза даже через 36–42 мес сохраняются нарушения гемодинамики,
свидетельствующие о несовершенстве процессов гипертрофии, как в оставшейся части почки, так и в противоположном органе. У больных с исходными нарушениями регионарного кровообращения по прошествии 36–42 мес с момента нефрэктомии сохраняются гемодинамические признаки нарушения функции единственной оставшейся почки.
При почечно-клеточном раке органосохраняющая операция позволяет значительно уменьшить
частоту возникновения нарушения кровотока в послеоперационном периоде. Повышение PI и RI
в 2 раза и более в артериях 2 порядка является плохим прогностическим признаком, который
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
© Ю. Г. АЛЯЕВ, М. Е. ЧАЛЫЙ, 2006
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
56
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧЕЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
позволяет ожидать значительных нарушений гемодинамики в послеоперационном периоде. Таким больным должно проводиться органосохраняющее вмешательство, при условии его технической выполнимости.
К л ю ч е в ы е с л о в а: нефрэктомия, органосохраняющие операции, почечно-клеточный рак,
эходопплерография.
Aim – to assess renal circulation after nephron-sparing surgery and nephrectomy in patients with renal
cell carcinoma. 173 patients with renal cell carcinoma underwent serial Doppler in early and late periods
after nephron-sparing surgeries and nephrectomy.
In patients without signs of nephrosclerosis Doppler characteristic stabilized 36–42 mo after nephronsparing surgery as hemodynamic remodeling in operated and contralateral kidney come to its end. In
patients with preoperative signs of arteriolosclerosis hemodynamic balance is not reached even after
36–42 mo. After nephrectomy circulatory stigmas of renal dysfunction last after 36–42 mo, particularly in patients with signs of nephrosclerosis.
In patients with renal cell carcinoma nephron-sparing surgeries significantly reduce rate and severity of
postoperative circulatory derangement. Two-fold increase in PI and RI in II order arteries is associated
with poor prognosis for preserving adequate renal function in postoperative period. In such cases organsparing surgery is indicated if technically feasible.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
K e y w o r d s: nephrectomy, nephron-sparing surgery, renal cell carcinoma, Doppler.
Самая распространенная опухоль почки – почечно-клеточный рак – составляет 2,5–3% от всех
злокачественных опухолей [9]. В 60–75% наблюдений в момент установления диагноза опухоль
операбельна [10], при этом опасения, связанные
с возможным развитием рецидива, в большинстве
случаев заставляли хирургов выполнять органоуносящую операцию [11].
Очевидно, что состояние почечного кровообращения в единственной оставшейся после нефрэктомии почке или в почке, подвергшейся резекции, а также в противоположном органе в немалой
степени определяет прогноз в раннем и отдаленном послеоперационном периоде [1–4].
Поскольку в медицинской литературе нам удалось выявить лишь немногочисленные данные об
изменениях гемодинамики как оперированной,
так и единственной почки в различные сроки после органосохраняющих и органоуносящих операций по поводу почечно-клеточного рака [5, 6, 8],
мы изучили эти изменения и их зависимость от исходного состояния перфузии и вида операции.
– нефроптоз – 1;
– стеноз почечной артерии – 2;
– хронический гломерулонефрит – 1;
– латентная хроническая почечная недостаточность – 15.
Полученные результаты косвенно подтверждают высказанное ранее предположение, что почечно-клеточный рак чаще развивается на фоне нефросклероза, возникающего вследствие хронических заболеваний почки [7].
Больным было выполнено 173 оперативных
вмешательства:
– нефрэктомия – 69;
– клиновидная резекция почки – 61;
– плоскостная резекция почки – 24;
– фронтальная резекция почки – 3;
– энуклеация и энуклеорезекция опухоли – 14;
– нефротомия, энуклеация опухоли – 2.
Всем больным выполнялась эходопплерография
почки и верхних мочевых путей через 3, 7, 11, 15, 21,
30–60 сут, 12–18 и 36–42 мес после операции.
Результаты
Материал и методы
С 1989 по 2004 г. в клинике урологии ММА
им. И. М. Сеченова наблюдались 173 больных,
оперированных в связи с почечно-клеточным раком. Возраст больных колебался от 37 до 74 лет
(в среднем 57,8 года), мужчин было 108 (62,42%),
женщин – 65 (37,58%).
В изученной выборке распространенность гипертонической болезни, диабетической нефропатии, мочекаменной болезни или хронического пиелонефрита была выше, чем в общей популяции.
В целом у больных с опухолью почки (n = 173) наблюдались следующие сопутствующие заболевания:
– мочекаменная болезнь – 25;
– солитарная киста почки – 19;
– гипертоническая болезнь – 16;
– хронический пиелонефрит – 10;
– сахарный диабет – 9;
При гистологическом исследовании не вовлеченных в опухолевый процесс тканей почки, удаленных при органосохраняющих и органоуносящих
операциях, у 31 пациента выявлены нефросклероз,
склероз и гиалиноз сосудов, соответствующие морфологическим критериям артериолосклероза.
Это позволило выделить четыре подгруппы исследуемых:
1) после перенесенной органосохраняющей
операции без исходных нарушений почечного
кровообращения (n = 89);
2) после перенесенной органосохраняющей
операции с исходными признаками артериолосклероза (n = 15);
3) после перенесенной нефрэктомии без исходных нарушений почечного кровообращения (n = 53);
4) после перенесенной нефрэктомии с исходными признаками артериолосклероза (n = 16).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
57
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧЕЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
У больных без признаков артериолосклероза
в первую неделю после органосохраняющего вмешательства в почечной артерии оперированного
органа отмечается усиление кровотока, при этом
резко увеличиваются линейные скорости, индексы пульсации (PI) и резистентности (RI; p<0,05).
Усредненная максимальная скорость кровотока
(ТАМХ) продолжает возрастать до 7-х суток
( p = 0,02), далее снижается и к 21-м суткам становится ниже, чем до операции (p = 0,10) (рис. 1).
В артерии 2 порядка пораженного сегмента
в первую неделю после операции отмечается резкое
снижение кровотока, что сопровождается значительным увеличением PI и RI (p<0,05). Максимально низкие значения кровотока отмечались
в период с 3-х по 7-е сутки, а затем данный показатель начинал возрастать. Однако ТАМХ в артерии
2 порядка пораженного сегмента к 21-м суткам оставалась ниже, чем до вмешательства (см. рис. 1).
На ранних сроках после оперативного вмешательства в артерии 2 порядка непораженного сегмента отмечается усиление кровотока (p=0,07). Максимальные значения ТАМХ зафиксированы с 3-х по
7-е сутки (p<0,05), а затем начиналось постепенное
снижение. К 21-м суткам после вмешательства значение ТАМХ оставалось выше, чем до операции
(p=0,08). Кровоток в течение всего периода наблюдения характеризовался высокими значениями PI
и RI.
В подгруппе больных с артериолосклерозом почечный кровоток в 1-е сутки после органосохраняющей операции определяется в виде отдельных
групп фрагментарно пульсирующих сосудов,
при этом общее количество определяемых активно
функционирующих артерий ниже, чем до операции. В почечной артерии в первую неделю после
вмешательства отмечалось усиление кровотока,
при этом резко увеличивались линейные скорости,
PI и RI (p<0,05). Аналогичные изменения наблюдались и в артериях 2 порядка интактных сегментов
почки. При дальнейшем наблюдении почечного
кровотока можно отметить постепенное снижение
кровенаполнения магистральных сосудов и увеличение кровотока в паренхиме (см. рис. 1).
В противоположной почке в раннем послеоперационном периоде отмечалось повышение кровотока
по магистральным стволам параллельно повышению сосудистого сопротивления, но в отличие от
оперированной почки паренхиматозный кровоток
возрастал по сравнению с предоперационными показателями (рис. 2). Не отмечено резкого увеличения
кровотока в почечной артерии, артерии 2 порядка
60
35
30
40
ТАМХ, см/с
30
20
25
20
15
10
10
су
7
3
су
тк
и
и
тк
-е
Артерия второго порядка интактного сегмента
Паренхима
Рис. 1. Изменение ТАМХ в различных отделах сосудистого русла оперированной почки в ранние сроки после органосохраняющей операции без сосудистых нарушений (а) и с признаками артериолосклероза (б).
40
30
30
Почечная артерия
3
Артерия второго порядка
и
тк
7
-е
су
су
тк
и
су
су
тк
и
су
тк
и
су
тк
и
и
тк
-и
21
-е
7
с
оп
ер
ац
ии
3
-е
б
Д
о
оп
с
10
21
-е
До
-и
к
ут
15
-е
ер
и
к
ут
су
тк
и
и
и
и
ац
11
-е
10
а
15
15
-е
15
20
су
тк
и
20
25
11
-е
25
ТАМХ, см/с
ТАМХ, см/с
35
Паренхима
Рис. 2. Изменение ТАМХ в различных отделах сосудистого русла противоположной почки в ранние сроки после органосохраняющей операции у больных без сосудистых нарушений (а) и с признаками артериолосклероза (б).
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Почечная артерия
Артерия второго порядка пораженного сегмента
оп
су
21
-е
До
и
тк
-и
су
тк
и
су
тк
и
а
ер
15
-е
7
3
о
и
ци
б
21
-е
-е
с
су
тк
и
-и
с
11
-е
До
р
пе
0
и
к
ут
15
-е
и
к
ут
су
тк
и
и
и
ац
а
су
тк
и
5
0
11
-е
ТАМХ, см/с
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
58
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧЕЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
интактного сегмента в первые 3–7 сут (p=0,07).
Длительно сохранялись низкие значения ТАМХ
в паренхиме почки (см. рис. 2).
При исследовании гемодинамики единственной
оставшейся почки у больных без признаков артериолосклероза в раннем послеоперационном периоде отмечалось резкое повышение как скорости
кровотока, так и RI ( p <0,005). Через 3–7 сут скоро-
сти кровотока постепенно снижались, однако
к 21-м суткам оставались статистически значимо
выше, чем до операции (p=0,01). Это характеризует начало гипертрофических изменений единственной почки и адекватность ее компенсаторных возможностей возросшим требованиям (рис. 3).
У пациентов с ранее выявленными признаками
артериолосклероза не наблюдалось статистически
50
40
3
Артерия второго порядка
7
и
тк
су
и
и
тк
-е
су
оп
су
21
-е
До
и
тк
-и
тк
а
ер
су
и
тк
су
тк
су
Почечная артерия
и
ци
б
21
-е
и
тк
15
-е
е
7-
с
к
ут
су
и
3-
оп
с
к
ут
11
-е
а
ер
и
и
и
ци
и
10
10
а
До
20
15
и
15
25
15
-е
20
тк
25
35
30
су
30
11
-е
35
ТАМХ, см/с
ТАМХ, см/с
45
Паренхима
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Рис. 3. Изменение ТАМХ в различных отделах сосудистого русла единственной почки в ранние сроки после нефрэктомии у больных без сосудистых нарушений (а) и с признаками артериолосклероза (б).
а
в
Vps
Ved
TAMX
Pi
Ri
S/D
38,57
13,2
20,63
1,23
0,66
2,92
Vps
Ved
TAMX
Pi
Ri
S/D
40,03
11,23
18,6
1,42
0,71
3,56
б
г
Рис. 4. Эходопплерограммы больного В.
а – в проекции почки, пораженной опухолью, отчетливо виден гипертрофированный сосуд (обозначен желтой стрелкой) верхнего
сегмента; б – его спектр; в – эходопплерограмма через 41 сут после плоскостной резекции (зона резекции обозначена белыми горизонтальными стрелками). Определяется фрагмент пересеченной и перевязанной артерии 2 порядка (обозначена желтой стрелкой); г – типичный редукционный спектр этого сосуда с очевидным повышением сосудистого сопротивления, снижением ТАМХ.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧЕЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
и клинически значимого увеличения кровенаполнения почки (см. рис. 3). При этом в течение всего времени отмечалось выраженное повышение RI
( p = 0,01).
В первые 30–60 сут после органосохраняющей
операции выявлено умеренное снижение кровотока в оперированном сегменте почки по сравнению
с интактными. В зоне резекции нередко визуализируются слепо заканчивающиеся интенсивно пульсирующие сосуды, по-видимому, представляющие
собой пересеченные артерии 2 и 3 порядков
(рис. 4). В них отмечается снижение ТАМХ и резкое
повышение сосудистого сопротивления (рис. 5).
а
У пациентов с ранее выявленными признаками
артериолосклероза ТАМХ в артерии 2 порядка интактного сегмента почки существенно повышается (рис. 5, 6).
У больных с признаками артериолосклероза
в первые 30–60 сут после органосохраняющей операции отмечается значительное снижение кровотока
в оперированной почке, сопровождающееся выраженным повышением сосудистого сопротивления.
В отличие от группы пациентов без признаков сосудистых нарушений в послеоперационном периоде
кровоток противоположной почки не увеличивается, а даже несколько снижается (рис. 7).
35
30
ТАМХ, см/с
ТАМХ, см/с
40
35
30
25
20
15
10
5
0
59
25
20
15
10
5
До операции
30–60 сут
12–18 мес
б
36–42 мес
0
До операции
Почечная артерия
Артерия второго порядка пораженного сегмента
30–60 сут
12–18 мес
36–42 мес
Артерия второго порядка интактного сегмента
Паренхима
По периферии опухоли
Рис. 5. Изменение ТАМХ в различных отделах сосудистого русла пораженной почки на поздних сроках после органосохраняющей операции по поводу почечно-клеточного рака у больных без сосудистых нарушений (а) и с артериолосклерозом (б).
63
15
33,3
1,44
0,76
4,2
а
б
Рис. 6. Эходопплерограммы больного М.
а
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
ТАМХ, см/с
ТАМХ, см/с
а – в режиме цветового допплеровского картирования определяется кровоток
пораженного сегмента; б – эходопплерограмма того же больного через 32 сут
после операции; приведены спектр (в) и количественные показатели дуговой
артерии. Высокая систолическая скорость, сочетающаяся с повышением сосудистого сопротивления, указывает на высокую интенсивность кровотока по
этому сосуду.
До операции
30–60 сут
12–18 мес
Почечная артерия
36–42 мес
б
в
26
24
22
20
18
16
14
12
10
До операции
Артерия второго порядка
30–60 сут
12–18 мес
36–42 мес
Паренхима
Рис. 7. Изменение ТАМХ в различных отделах сосудистого русла противоположной почки на поздних сроках после органосохраняющей операции по поводу почечно-клеточного рака у больных без сосудистых нарушений (а) и с артериолосклерозом (б).
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Vps
Ved
TAMX
Pi
Ri
S/D
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧЕЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
При оценке гемодинамики единственной почки через 30–60 сут после нефрэктомии отмечалось
статистически значимое увеличение практически
всех показателей кровотока. Значения ТАМХ свидетельствуют о более высокой гемодинамической
нагрузке, испытываемой единственной почкой
(рис. 8).
У всех больных с выявленным до операции артериолосклерозом, которые перенесли нефрэктомию, отмечалось резкое повышение RI и незначительный рост кровенаполнения органа (см. рис. 8).
В паренхиме почки диастолическая скорость кровотока становилась даже меньше, чем до вмешательства. Это указывает на значительное повышение сосудистого сопротивления на фоне снижения
эластотонических свойств сосудов.
При проведении эходопплерографии по прошествии 12–18 мес после органосохраняющей операции сосудистый рисунок был одинаково выражен
как в оперированной, так и в интактной почке. Отмечено приближение эходопплерографических показателей, в частности ТАМХ, к значениям, наблюдающимся у здоровых людей (см. рис. 5, 7).
У больных с признаками артериолосклероза по
прошествии 12–18 мес отмечается некоторое повышение ТАМХ, однако оно значительно менее
выражено по сравнению с данными у пациентов
без сосудистых нарушений. Сохраняется высокое
сосудистое сопротивление во всех отделах сосудистого русла (при сравнении с исходными значениями p = 0,02). Полученные данные не позволяют
говорить о нормализации кровотока у больных
этой группы (см. рис. 5, 7).
По прошествии 12–18 мес после нефрэктомии
в единственной почке продолжают увеличиваться
показатели кровотока во всех отделах сосудистого
русла почки. При этом PI и RI по-прежнему выше,
чем до операции (см. рис. 8).
У больных с признаками артериолосклероза,
перенесшими нефрэктомию, в эти сроки также отмечается нарастание интенсивности кровотока
в единственной оставшейся почке. Увеличивается
диастолическая скорость на фоне стабильно высоких значений PI и RI (см. рис. 8).
Через 36–42 мес после органосохраняющей
операции у больных без признаков артериолосклероза отмечено умеренное снижение диастолической скорости кровотока в интактных сегментах
по сравнению с предыдущим сроком обследования (см. рис. 5). Это может быть признаком снижения интенсивности процессов гипертрофии.
При выявленных до операции нарушениях гемодинамики, свидетельствующих о наличии артериолосклероза, по прошествии 36–42 мес отмечается снижение сосудистого сопротивления по
сравнению с результатами предыдущего периода
наблюдения (см. рис. 5). При этом PI и RI были
по-прежнему статистически значимо выше, чем до
операции. Эти изменения отражают как повышение функциональной активности оперированного
сегмента, так и сохраняющуюся неадекватную
компенсаторную реакцию сосудистой сети почки.
Продолжает снижаться кровоток в артерии 2 порядка оперированного сегмента и повышаться интенсивность гемодинамики в интактных отделах
почки. При этом значения показателей интенсивности кровотока остаются значительно ниже, чем
у больных без признаков сосудистых нарушений.
По прошествии 36–42 мес после нефрэктомии
у больных без признаков артериолосклероза отмечено снижение кровотока в сегментарных артериях
и повышение паренхиматозной перфузии, особенно диастолического компонента (см. рис. 8). Это
можно расценить как стабилизацию показателей
гемодинамики единственной оставшейся почки.
При этом значительно более высокие, чем до операции, показатели PI и RI (p<0,05) являются признаком напряженности процессов гипертрофии.
На фоне артериолосклероза через 36–42 мес
после нефрэктомии отмечен некоторый рост систолической составляющей кровотока по сравнению с предыдущим периодом наблюдения. Высокое сосудистое сопротивление не позволяет диастолической скорости увеличиваться, поэтому
прирост средней скорости кровотока обусловлен
преимущественно систолическим компонентом.
Скорее всего, это свидетельствует о значительном
снижении эластотонических свойств сосудов, что
является неразрешимым препятствием для значимого улучшения гемодинамики (см. рис. 8).
При комплексном анализе кровотока в послеоперационном периоде выяснено, что повышение
PI и RI в артериях свыше 1,3 и 0,65 соответственно в первые 30–60 сут произошло у 32,43% больных без исходных признаков артериолосклероза
и у всех больных с артериолосклерозом.
45
35
40
30
35
ТАМХ, см/с
ТАМХ, см/с
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
60
30
25
20
15
а 10 До операции
30–60 сут
12–18 мес
Почечная артерия
36–42 мес
25
20
15
б 10 До операции
Артерия второго порядка
30–60 сут
12–18 мес 36–42 мес
Паренхима
Рис. 8. Средние значения показателей кровотока в единственной почке на поздних сроках после нефрэктомии по поводу почечно-клеточного рака у больных без сосудистых нарушений (а) и с артериолосклерозом (б).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧЕЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
61
Столь выраженные изменения указанных параметров кровотока сохранялись у 8,11% больных
первой и 19,5% больных второй подгрупп через
12–18 мес после органосохраняющей операции.
При анализе аналогичных данных у больных,
перенесших нефрэктомию, можно отметить, что
повышение PI и RI по прошествии 30–60 сут после операции выявлено у 91,67% больных без исходных сосудистых нарушений.
По прошествии 12–18 мес после нефрэктомии данные изменения гемодинамики выявлены
у 54,17% пациентов, через 36–42 мес – у 57,14%. Это
значит, что больше чем у половины пациентов, у которых не отмечались сосудистые нарушения до операции, в единственной оставшейся почке в течение
длительного времени сохраняется повышение сосудистого сопротивления. Это является доказательством того, что единственная оставшаяся почка испытывает значительно более выраженную гемодинамическую нагрузку, что чаще приводит к появлению
нарушения кровотока в послеоперационном периоде, чем после органосохраняющей операции.
У пациентов, которым органосохраняющее
оперативное вмешательство выполнено 5–15 лет
назад, почечный кровоток определялся во всех отделах сосудистого русла почки; сморщивания оперированной почки не выявлено. В оперированной
почке сохраняются более высокие значения PI
и RI, чем в противоположном органе.
кровоснабжаемой паренхимы. Через 36–42 мес
после органосохраняющей операции в отсутствие
сосудистых нарушений гемодинамические изменения в оперированной и противоположной почке
завершаются.
У больных с выявленными до операции признаками артериолосклероза даже через 36–42 мес
сохраняются нарушения гемодинамики, свидетельствующие о несовершенстве процессов гипертрофии, как в оставшейся части почки, так и
в противоположном органе.
У больных с исходными нарушениями регионарного кровообращения по прошествии 36–42 мес
с момента нефрэктомии функцию сосудистой сети
единственной почки следует признать неудовлетворительной.
Обсуждение
ЛИТЕРАТУРА
При почечно-клеточном раке органосохраняющая операция значительно уменьшает частоту возникновения нарушения кровотока в послеоперационном периоде. Повышение PI и RI в 2 раза
и более в артериях 2 порядка является плохим прогностическим признаком, который позволяет ожидать значительных нарушений гемодинамики в послеоперационном периоде. Таким больным должно проводиться органосохраняющее вмешательство, при условии его технической выполнимости.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Аляев Ю. Г., Крапивин А. А. Резекция почки при раке. –
М.: Медицина, 2001.
Данилов И. А. Планирование и оценка результатов оперативного лечения опухоли почки при помощи эходопплерографии: Дис. … канд. мед. наук. – М., 2004.
Крапивин А. А. Резекция почки при раке: Дис. … канд. мед.
наук. – М., 2000.
Cattan M. W., Reuter W., Motzer R. J. et al. A postoperative
prognostic nomogram for renal cell carcinoma // J. Urol. –
2001. – Vol. 166. – P. 63–67.
Choyke P. L., Pavlovich C. P., Daryanani K. D. et al.
Intraoperative ultrasound during renal parenchymal sparing
surgery for hereditary renal cancers: a 10-year experience //
J. Urol. – 2001. – Vol. 165, № 2. – P. 397–400.
Delakas D., Karyotis I., Daskalopoulos G. et al. Nephron-sparing surgery for localized renal cell carcinoma with a normal
contralateral kidney: a European three-center experience //
Urology. – 2002. – Vol. 60, № 6. – P. 998–1002.
Ganzen T. N., Aliaev Iu. G., Iargin S. V. Background and precancerous processes in renal cell carcinoma // Arkh. Patol. –
1989. – Vol. 51, № 7. – P. 30–38.
Humke U., Siemer S., Uder M., Ziegler M. Long-term outcome of
conservative surgery for kidney cancer: survival, blood pressure,
and renal function // Ann. Urol. (Paris). – 2002. – Vol. 36,
№ 6. – P. 349–353.
Jemal A., Thomas A., Murray T., Thun M. Cancer statistics //
Cancer. J. Clin. – 2002. – Vol. 52. – P. 23–47.
Linehan M. W., Berton Z., Bates S. Cancer of kidney and ureter //
Principles and practice of oncology / Ed. V. T. Devita. – 2001.
– P. 1362–1396.
McLaughlin J. K., Lipworth L. Epidemiologic aspects of renal cell
cancer // Semin. Oncol. – 2000. – Vol. 27, № 2. – P. 115–123.
Поступила 07.12.2006
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Известно, что в артерии 2 порядка пораженного
опухолью сегмента кровоток примерно в 1,5 раза
интенсивнее, чем в артерии интактного сегмента
[2]. В ходе настоящего исследования были отмечены два факта, анализ которых может прояснить пути перераспределения кровотока из артерии 2 порядка оперированного сегмента. Во-первых, в зоне
резекции зафиксированы сосуды с аномальным
спектром, которые, скорее всего, являются активно
функционирующими артериовенозными шунтами.
Во-вторых, отмечены интенсивно пульсирующие
дуговые сосуды на границе почечной паренхимы
и синуса, в которых зафиксирован кровоток, сравнимый с таковым в артериях 2 и 3 порядков.
Можно предположить, что активация сосудистых шунтов и усиление коллатерального кровотока
по гипертрофированным дуговым артериям представляют собой два механизма снижения избыточного давления в сосудах оперированной почки.
Анализ количественных характеристик кровотока в отдаленные сроки после органосохраняющих операций позволяет сделать вывод, что через
12–18 мес у больных без признаков артериолосклероза вследствие развития сосудистых коллатералей, по которым осуществляется сброс крови из
русла пораженного сегмента, кровоток в сегментарных артериях начинает соответствовать объему
Вывод
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
62
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВИ
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВИ
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2006
УДК 616.1-053.31-089:616.12-089.8-78+617-089-06
РОЛЬ ОПЕРАЦИОННОГО СТРЕССА И ИСКУССТВЕННОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
В РАЗВИТИИ ИММУННОГО ВОСПАЛЕНИЯ ПОСЛЕ КАРДИОХИРУРГИЧЕСКИХ
ОПЕРАЦИЙ У ДЕТЕЙ ПЕРВОГО ГОДА ЖИЗНИ
О. В. Струнин, Ю. Н. Горбатых, А. В. Шунькин, Л. Г. Князькова,
Н. В. Полетаева, Ю. В. Маслова
ФГУ «ННИИПК имени академика Е. Н. Мешалкина Федерального агентства по здравоохранению
и социальному развитию» (дир. – проф. А. М. Караськов), Новосибирск
Исследована динамика основных компонентов иммуновоспалительного ответа у детей первого года жизни при кардиохирургических операциях по поводу коррекции врожденных пороков
сердца в условиях искусственного кровообращения (ИК) и без него. Оценивались количественный состав иммунокомпетентных клеток в периферической крови, функциональное состояние
моноцитарного звена (количество HLA–DR+ клеток), степень апоптоза нейтрофилов и моноцитов. Изучалось содержание С-реактивного протеина на этапах исследования. Было обнаружено, что у детей, оперированных и в условиях ИК, и без него отмечается активация нейтрофильного клеточного пула со сдвигом лейкоцитарной формулы влево, индекс сдвига у оперированных с использованием ИК был равен 1/11, в контрольной группе – 1/10. В обеих группах повышался компенсаторный процент апоптоза нейтрофилов. Динамические изменения в моноцитарном пуле носили конкордантный характер также в обеих группах. У всех пациентов наблюдался сходный паттерн реакции острофазового С-протеина. Отличительной особенностью детей, оперировавшихся с применением ИК, являлось снижение количества лимфоцитов крови.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
К л ю ч е в ы е с л о в а: искусственное кровообращение, иммуновоспалительный ответ, хирургическая травма.
The dynamics of main components of immunoinflamatory response was investigated in children with congenital cardiac disease in their first year of life, operated on by cardiopulmonary bypass surgery (CPB)
or without it. The quantity of immunocompetent cells in the blood samples, functional activity of monocytes (content of HLA–DR+ monocytes), apoptosis levels of monocytes and neutrophiles were studied. The level of C-reactive protein (CRP) was investigated in the research period. It was found neutrophile cells activation with leucocytes formula shift 1/11 in patient was operated on by CPB and 1/10
in control group as well. The dynamical exchange in monocytes cell count had a similar character in the
both group. In all of these patients was observed the same pattern of CRP activity. The distinction of children operated on by CPB was the reduction of blood lymphocytes amount.
K e y w o r d s: cardiopulmonary bypass, immunoinflamatory response, surgical trauma.
Одной из актуальных проблем современной
кардиоанестезиологии является анестезиологическое обеспечение и ведение после операций на открытом сердце детей раннего возраста с врожденными пороками сердца (ВПС). Сложность этой
проблемы обусловлена комплексом причин, связанных, с одной стороны, с особенностями физиологии детей первого года жизни, с другой стороны, с компенсаторными изменениями в сердечнососудистой, дыхательной и других системах организма, возникающими в связи с наличием врожденного порока сердца.
Широкое применение искусственного кровообращения (ИК) при операциях по поводу ВПС
у младенцев обусловило существенный прогресс
хирургической техники. В то же время патофизиологические процессы, происходящие в органах
и системах незрелого организма при таких агрессивных вмешательствах в систему гомеостаза, каковыми являются искусственное кровообращение, гипотермия, длительная искусственная вентиляция легких и другие, исследованы недостаточно. В частности, пациенты раннего детского возраста, подвергающиеся кардиохирургическим
вмешательствам в условиях ИК, часто отвечают
формированием синдрома системного воспалительного ответа (Systemic Inflammatory Responsе
Syndrome – SIRS). Степень его развития варьиру-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ет от умеренной до выраженной. В дальнейшем
синдром может приводить к тяжелым осложнениям, таким как плевральные и/или абдоминальные
эффузии, отеки мягких тканей и пр. Это состояние сопровождается повышением капиллярной
проницаемости и проникновением альбумина из
интраваскулярного в экстраваскулярное пространство, что впоследствии может привести к развитию гиповолемии, массивных генерализованных отеков, острого респираторного дистресссиндрома (ОРДС), синдрома капиллярной утечки
(СКУ) и синдрома полиорганных дисфункций
(СПОД) [12] с резким повышением морбидности
и летальности.
В современной литературе, посвященной вопросам иммунного воспаления после хирургической коррекции пороков сердца, максимальное
внимание уделяется собственно искусственному
кровообращению, как решающему фактору в запуске каскада патофизиологических механизмов
в ответ на контакт крови пациента с чужеродными
поверхностями [10].
Следует отметить, что другим, не менее важным фактором активации иммунной системы является собственно операционная травма тканей
организма. Свой вклад в иммунные сдвиги осуществляют, по меньшей мере, три фактора: размер
операционной раны, продолжительность операции и анатомическая локализация операционной
раны [2]. В экспериментах достаточно убедительно показано, что чем короче хирургический разрез, тем меньше изменений наблюдается со стороны иммунной системы [6]. Кроме того, для миниинвазивной хирургии при коррекции ВПС у детей
характерны быстрая ликвидация стрессорных влияний операции и меньшая степень хирургической
агрессии [1]. При кардиохирургических операциях
у детей раннего возраста необходимо выполнять
относительно большой хирургический разрез, что
сопровождается массивной травматизацией тканей. Кроме того, техническая сложность коррекции некоторых комплексных ВПС, требующих
проведения операции в раннем детском возрасте,
в значительной степени увеличивает общую продолжительность хирургического вмешательства.
A. Tarnok и соавт. [13] при исследовании двух
групп детей разного возраста, оперированных по
поводу ВПС с использованием ИК и без него,
не обнаружили существенной разницы в кинетике
таких медиаторов воспаления, как компоненты
системы комплемента С3, С4, С5 в обеих группах
до и после операции.
Целью настоящего исследования явилось углубленное изучение роли операционной травмы
в развитии иммуновоспалительной реакции после
хирургической коррекции ВПС у детей первого
года жизни.
Материал и методы
Настоящая работа является клинико-лабораторным исследованием, основанным на анализе
результатов лечения 74 больных с ВПС в возрасте
63
от 1 месяца до 1 года, оперированных в ФГУ
«ННИИПК имени академика Е. Н. Мешалкина
Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию». В 1-ю группу (n = 60) вошли
пациенты с ВПС с гиперволемией МКК, оперированные в условиях ИК по поводу дефекта межжелудочковой перегородки (ДМЖП), дефекта межпредсердной перегородки (ДМПП) первичного
и вторичного типов, с неполной формой атриовентрикулярной коммуникации (АВК). Во 2-ю
группу (n = 14) включены пациенты с открытым
артериальным протоком (ОАП) и коарктацией
аорты (КоАо), оперированные без применения
ИК. У пациентов этой группы был неотягощенный инфекционный анамнез. Все обследованные
больные не имели клинических признаков какоголибо инфекционного процесса, не получали иммуносупрессивных и/или противовоспалительных
препаратов.
Накануне операции премедикация не назначалась. Индукция в анестезию выполнялась в операционной, использовались: кетамин 7–10 мг/кг,
мидазолам 0,05 мг/кг, атропин 0,1% – 0,01 мл/кг
в/м. После этого пункционно устанавливался венозный зонд. До интубации и стернотомии забирались пробы крови для первого этапа исследования. В дальнейшем анестезия поддерживалась
дробными введениями фентанила до общей дозы
50–100 мкг/кг и мидазолама до 0,2 мг/кг. После
интубации или непосредственно перед началом
искусственного кровообращения вводился преднизолон в дозе 5–15 мг/кг. Для проведения
ИК применялся роликовый насос с непульсирующим кровотоком (Cobe Stockert). Использовались
мембранные оксигенаторы «Dideco S.P.A.» (рег.
№ 97/127; Италия) с первичным объемом заполнения 500 мл. Для достижения гематокрита во время перфузии 28–30% и уровня гемоглобина
95–100 г/л в перфузат добавлялась эритроцитарная масса. После начала ИК начиналось охлаждение до достижения ректальной температуры
30±2,8°С. Средняя длительность ИК у пациентов
с гиперволемией малого круга была 87±11 мин,
ультрафильтрация не проводилась. Дети, у которых коррекция порока выполнялась без использования ИК, получали тотальную внутривенную
анестезию по сходной схеме.
Гемограмма оценивалась методом кондуктометрии на приборе «Micros-60» (Франция). Формула
крови определялась на приборе «Sysmex-1800 ХТ»
(Япония). Состояние иммунного статуса оценивалось на пред- и послеоперационном этапах
(3-и–4-е сутки). Определялось относительное количество HLA-D-позитивных моноцитов в цитотоксическом тесте с использованием анти-HLADR антител (ТОО «Сорбент», Москва). Процент
апоптоза моноцитов и нейтрофилов определялся
в свежевыделенной лейковзвеси на проточном цитофлюориметре.
С-реактивный протеин определялся количественным методом на биохимическом анализаторе «Konelab-20» фирмы «Thermo Electron Corporation» (Финляндия).
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВИ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
64
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВИ
Исследования проводились в три этапа: до операции, в 1-е сутки и на 3-и–4-е сутки послеоперационного периода.
Результаты и обсуждение
При изучении клеточного состава периферической крови обследованных пациентов обнаружено, что исходный уровень лейкоцитов у всех
больных был выше возрастной нормы (табл. 1, 2).
Достоверных отличий между группами по общему содержанию лейкоцитов отмечено не было.
У пациентов с пороками «бледного» типа отмечалось повышенное содержание юных форм полиморфно-ядерных нейтрофилов (ПНф) (индекс
сдвига Шиллинга 1/16), что могло быть связано
со склонностью пациентов с данным типом кровообращения к частым респираторным инфекциям.
В 1-е сутки после операции у пациентов обеих
групп отмечался лейкоцитоз. Количество лейкоцитов повышалось в контрольной группе на 37%,
у детей с гиперволемией МКК – на 33%.
На 3-и–4-е сутки послеоперационного периода
показатели лейкоцитоза возвращались к исходному уровню только у больных в основной группе,
оперированных в условиях ИК. В контрольной
группе лейкоцитоз сохранялся без достоверного
снижения. Общее количество лейкоцитов между
группами достоверно практически не отличалось.
Наиболее многочисленными иммунокомпетентными клетками (составляющими 60–70% от
общего числа лейкоцитов крови) являются полиморфно-ядерные нейтрофилы. Им принадлежит
важнейшая роль в острой защитной воспалительной реакции. Реакция системы ПНф в 1-е
сутки после вмешательства также носила однонаправленный характер у пациентов обеих
групп. Возрастало как относительное содержание ПНф, так и абсолютное. У всех пациентов
отмечалось двукратное увеличение относительного содержания нейтрофилов. У детей в основной и контрольной группах абсолютное число
нейтрофильных гранулоцитов увеличилось в 2,8
раза по сравнению с исходным и составило соответственно 10,0±5,5 и 7,8±3,7 клеток на 109/л
(см. табл. 1, 2), не отличаясь статистически достоверно по группам. На 3-и–4-е сутки послеоперационного периода в основной группе абсолютное и относительное содержание ПНф конкордантно снижалось, но не достигло исходного
уровня. В контрольной группе показатели содержания ПНф не изменялись по сравнению с предыдущим этапом. Среднее содержание нейтрофилов у пациентов обеих групп на данном этапе
достоверно не отличалось. Содержание юных
форм ПНф в 1-е послеоперационные сутки
у всех детей также увеличилось. Количество
юных форм возросло у детей, оперированных
в условиях ИК, в 3,8 раза, в контрольной групТаблица 1
Показатели лейкоцитарного состава периферической крови у детей с ВПС с гиперволемией МКК
(1-я группа)
Исходно
( n =60)
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Показатель
1-е сутки
3-и–4-е сутки
после операции после операции
( n =60)
( n =60)
W1–2
W2–3
W1–3
Количество лейкоцитов, ×109/л
11,9±3,1
15,9±5,8
13,0±4,6
p < 0,00
p< 0,00
–
ПНф, %
30,0±11,6
60,1±17,6
48,0±16,6
p < 0,00
p< 0,00
p < 0,00
Абсолютное содержание ПНф, ×109/л
3,6±2,0
10,0±5,5
6,4±3,8
p < 0,00
p< 0,00
p < 0,00
Абсолютное содержание юных форм
ПНф, ×109/л
0,25±0,19
0,96±1,21
0,76±0,71
p < 0,00
p=0,03
p < 0,00
П р и м е ч а н и е. W1–2 – отличие по критерию Вилкоксона между первым и вторым этапами, W2–3 – отличие между вторым и третьим этапами, W1–3 – отличие между исходным и последним этапами.
Таблица 2
Показатели лейкоцитарного состава периферической крови у детей контрольной группы
Исходно
( n =14)
Показатель
Количество лейкоцитов, ×109/л
1-е сутки после 3-и–4-е сутки
операции
после операции
( n =14)
( n =14)
W1–2
W2–3
W1–3
10,4±2,3
14,3±5,4
13,7±4,7
p=0,01
–
p=0,02
27,6±10,9
54,3±17
42,5±17,2
p < 0,00
–
p=0,02
Абсолютное содержание ПНф, ×10 /л
2,8±1,2
7,8±3,7
6,2±4,7
p < 0,00
–
p=0,01
Абсолютное содержание юных форм
ПНф, ×109/л
0,14±0,12
0,78±0,71
0,56±0,8
p < 0,00
–
p=0,05
ПНф, %
9
П р и м е ч а н и е. W1–2 – отличие по критерию Вилкоксона между первым и вторым этапами, W2–3 – отличие между вторым и третьим этапами, W1–3 – отличие между исходным и последним этапами.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пе – в 5,5 раза. У всех малышей отмечен сдвиг
лейкоцитарной формулы влево, индекс сдвига
у оперированных с использованием ИК был равен 1/11, в контрольной группе он равнялся 1/10.
Среднее содержание юных форм в группах на
данном этапе не отличалось. На 3-и–4-е сутки
послеоперационного периода количество юных
форм ПНф в контрольной группе оставалось повышенным. У детей с гиперволемией МКК их
количество снижалось, но не достигало исходного уровня. Индекс Шиллинга несколько уменьшался у пациентов, оперировавшихся в условиях
ИК, и составлял 1/12. У пациентов в контрольной группе происходило более существенное
уменьшение сдвига – до 1/13. Не обнаружено
статистически значимой корреляции между приростом содержания нейтрофилов (как общего
количества, так и юных форм) в 1-е сутки после
операции и длительностью искусственного кровообращения. В то же время отмечена заметная
положительная корреляционная связь прироста
нейтрофилов и времени окклюзии аорты.
Для относительного содержания нейтрофилов
коэффициент корреляции Спирмена составил
0,29 ( р = 0,017), для абсолютного их числа r s = 0,3
( р = 0,014). Активация нейтрофильного пула
у обследованных детей обеих групп сопровождалась повышением числа апоптозных нейтрофилов, носившим, по-видимому, компенсаторный
характер.
Таким образом, в ответ на операционную
травму пациенты раннего возраста реагировали
выраженным нейтрофилезом со сдвигом в сторону юных форм, в значительной степени сохраняющимся до 3–4-х суток послеоперационного периода. Изменения количественного состава нейтрофильного звена крови пациентов раннего
возраста, оперированных в условиях ИК, практически не отличались от таковых у детей, оперированных без применения искусственного
кровообращения. Это свидетельствует о том, что
основными активаторами данной реакции служили операционный стресс и хирургическая
травма.
В таком важнейшем звене противоинфекционной защиты, как лимфоцитарное в 1-е послеоперационные сутки зарегистрированы противоположные изменения. Относительное содержание лимфоцитов снижалось в 2 раза у детей, оперированных в условиях ИК. Абсолютное количество клеток лимфоцитарного пула снижалось
в 1,6 раза. Собственно лимфоцитопения (менее
1500 клеток/мкл) в 1-е сутки после операции от-
65
мечена только у 3 пациентов, оперированных
в условиях ИК. В предоперационном периоде содержание лимфоцитов у этих больных не выходило за границы физиологической нормы. Развитие лимфоцитопении у них можно связать
с длительным периодом ИК, который составил
от 130 до 260 мин, хотя в целом снижение уровня
лимфоцитов у обследованных больных 1-й группы не коррелировало с продолжительностью искусственного кровообращения.
В контрольной группе (оперированные без
ИК) хотя и имелась некоторая тенденция к снижению, но абсолютное содержание лимфоцитов
после операции достоверно не изменялось. Таким образом, под влиянием искусственного кровообращения, вне зависимости от его продолжительности, снижалось как абсолютное, так и относительное содержание циркулирующих лимфоцитов. В дальнейшем, на 3-и–4-е сутки, содержание лимфоцитов повышалось, но оставалось ниже исходного уровня.
В другом важном звене иммунного гомеостаза – моноцитарном – под влиянием ИК и операционной травмы происходили следующие сдвиги. Абсолютное количество моноцитов у пациентов 1-й группы в 1-е сутки после ИК увеличивалось в 1,6 раза. Относительное содержание их
также повышалось. В контрольной группе регистрировалось конкордантное увеличение количества моноцитов в 1,7 раза, но без изменения их
относительного содержания. Нужно отметить,
что повышение содержания циркулирующих моноцитов не превышало верхней границы возрастной нормы. На 3-и–4-е сутки послеоперационного периода количество моноцитов у детей
с ВПС «бледного» типа несколько снижалось,
оставаясь повышенным по сравнению с исходным, а относительное содержание их не изменялось. В контрольной группе при неизменном относительном содержании отмечалось статистически достоверное снижение числа моноцитов
ниже исходного уровня.
Активность клеток моноцитарного ряда определялась по относительному содержанию HLADR-позитивных моноцитов. Полученные результаты представлены в таблице 3. Согласно приведенным данным, в послеоперационном периоде
как у пациентов, оперированных в условиях ИК,
так и без него, абсолютное содержание HLA-DRпозитивных клеток достоверно повышалось.
В частности, в контрольной группе абсолютное
число активированных моноцитов возрастало
в 1,7 раза. Обнаруженное позитивное влияние
Таблица 3
Содержание HLA-DR-позитивных моноцитов на этапах исследования
Исходно, %
(абсолютное содержание)
3-и–4-е сутки, %
(абсолютное содержание)
р
1-я группа (n = 16)
83,0±9,1 (683,3±268,3)
81,8±7,2 (1214,6±787,9)
0,62 (0,07*)
Контрольная группа ( n =9)
79,6±13,4 (604,3±222,5)
72,4±13,1 (1058,0±729,9)
0,02* (0,05*)
Группы
* Достоверность различий по критерию Вилкоксона.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВИ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
66
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВИ
оперативного вмешательства и ИК на увеличение
является митогеном для нормальных лимфоцитов
циркулирующего пула моноцитов и их активных
человека [14]. Известно также, что пролиферация
согласуется с данными других авторов [9, 11].
лимфоцитов во многом определяется интерлейкиМ. L. Allen и соавт. [5] при проведении исследоном-2 (ИЛ-2), а СРБ вмешивается во взаимоотнования у новорожденных и детей раннего возраста
шения цитокина с его рецептором и способен при
обнаружили, что ранняя (в течение 72 ч после
определенных условиях блокировать ростактивиоперации) инактивация моноцитов, проявлявшарующий сигнал ИЛ-2 [3]. Можно предположить,
яся в снижении содержания HLA-DR+ клеток,
что один из факторов снижения содержания лимслужит предиктором неблагоприятного клинифоцитов после ИК – подавление митогенного
ческого исхода и развития сепсиса. Особенно
действия СРБ в результате нарушения контакта
неблагоприятным авторы считают понижение сорецепторов ИЛ-2 с ИЛ-2-подобными участками
держания HLA-DR-позитивных моноцитов меСРБ.
нее 60%. По данным А. А. Останина и соавт. [4],
При анализе уровня СРБ плазмы у детей конпри включении ограничительных механизмов
трольной группы зарегистрированы сходные тенвоспаления – CARS (Compensatory Antiinflamденции. Непосредственно после операции содерmatory Respons Syndrome; [9]) – угнетается урожание СРБ не отличалось от исходного. В 1-е сутки
вень экспрессии HLA-DR-молекул на моноциуровень СРБ повышался в 7,6 раза (4,6±2,6 мг/дл),
тах. Среди детей раннего возраста такое снижена 3-и–4-е сутки выявлялась лишь тенденция к его
ние было обнаружено только у одного пациента
снижению.
(HLA-DR+ – 29%), что не вызвало никаких измеПри сравнении двух групп, в связи с небольнений в течении послеоперационного периода.
шим числом наблюдений в контрольной группе
Выраженный моноцитоз с увеличением содержа( n = 10), применялся непараметрический критения HLA-DR+ моноцитов у детей первого года
рий – U-тест Манна–Уитни, по которому не было
жизни может свидетельствовать о дисфункции
обнаружено статистически значимых отличий
противовоспалительных механизмов. Кроме тоуровня СРБ на послеоперационных этапах между
го, этот факт свидетельствует о своеобразии комгруппами детей, оперированных в условиях искуспенсаторных иммунных реакций у детей первого
ственной перфузии и без ИК. Данный факт, погода жизни в отличие от взрослых, у которых
видимому, свидетельствует о решающем вкладе
обычно отмечается несостоятельность моноцив развитие воспалительного ответа у детей первого
тарного звена с переключением на антительный
года жизни хирургической травмы.
механизм противоинфекционной защиты. Поскольку через моноциты реализуется ряд эффекВыводы
тов С-реактивного белка и, кроме того, СРБ ак1. Иммуновоспалительный ответ у детей пертивирует в моноцитах и макрофагах генерацию
вого года жизни как на хирургическое вмешательактивных форм кислорода, что способствует усиство, так и на искусственное кровообращение нолению бактерицидности этих клеток [7], предсит сходный характер, о чем свидетельствует реакставлялось целесообразным оценить динамику
ция нейтрофильного и моноцитарного клеточных
содержания СРБ на этапах исследования.
пулов, а также продукция острофазового С-реакИзменения плазменного содержания СРБ
тивного протеина.
представлены на рисунке. Исходно уровень СРБ
в контрольной группе и у пациентов, оперированных в услови8,0
ях ИК, не различался достовер6,87*
но и не превышал границ нор7,0
6,32*
мы. Непосредственно после
6,0
окончания операции содержание СРБ также оставалось
4,6*
5,0
в рамках нормальных величин.
4,02*
В 1-е послеоперационные
4,0
сутки у детей, оперированных
3,0
с применением ИК, содержание
СРБ в плазме достоверно возра2,0
стало в 21 раз по сравнению
с исходным (p<0,01). В среднем
0,71
1,0
0,6
0,3
оно составляло 6,3±3,9 мг/дл,
0,09
что значительно превышает
0
нормальные показатели. На
Исходно
Окончание
1-е сутки
3-и–4-е
операции
сутки
3-и–4-е сутки уровень СРБ по
сравнению с предыдущим этаПациенты с ИК
Контроль
пом достоверно не изменялся
и даже отмечалась тенденция
Динамика плазменного содержания СРБ (мг/дл) на этапах исследования.
к его дальнейшему увеличению.
* Достоверное отличие от исходного уровня.
С-реактивный белок человека
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
2. Более выраженное снижение после операции числа циркулирующих лимфоцитов являлось
специфичным для пациентов, оперированных
в условиях ИК, что может свидетельствовать
о низких резервах реактивности иммунной системы у детей первого года жизни.
7.
8.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Атаманов К. В. Минимизация степени хирургической агрессии при лечении открытого артериального протока у
детей: Автореф. дис. … канд. мед. наук. – Новосибирск,
2000.
Гришина Т. И. Клиническое значение нарушений иммунитета при хирургических вмешательствах // Андрол. и генит. хирургия. – 2000. – № 2. – С. 14–19.
Назаров П. Г., Палевщиков А. В. Роль рецепторов ИЛ-2
в реализации митогенного действия С-реактивного
белка на лимфоциты // Вестник РАМН. – 1993. – № 9.
– С. 13–17.
Останин А. А., Лепилина О. Ю., Тихонова М. А. и др.
Иммунологическая оценка синдрома системного противовоспалительного ответа у больных с хирургическим сепсисом // Клиническая иммунология в практическом здравоохранении. – Барнаул, 2002. – С. 19–29.
Allen M. L., Peters M. J., Goldman A. et al. Early postoperative monocyte deactivation predicts systemic inflammation
and prolonged stay in pediatric cardiac intensive care //
Crit. Care Med. – 2002. – Vol. 30, № 5. – P. 1140–1145.
Allendorf J. D., Bessler M., Whelan R. L. et al. Postoperative
immune function varies inversely with the degree of surgical
9.
10.
11.
12.
13.
14.
67
trauma in murine model // Surg. Endosc. – 1997. – Vol. 11.
– P. 427–430.
Barna B. P., Thomassen M. J., Zhou P. Activation of alveolar
macrophage TNF and MCP-1 expression in vivo by a synthetic peptide of C-reactive protein // J. Leuc. Biol. – 1996.
– Vol. 59, № 3. – P. 397–402.
Bocsi J., Hambsch J., Hambsch J. et al. Preoperative prediction
of pediatric patients with effusions and edema following cardiopulmonary bypass surgery by serological and routine laboratory data // Crit. Care. – 2002. – Vol. 6, № 3. – P. 226–233.
Bone R. C., Charles J. Sepsis: a new hypothesis for pathogenesis of the disease process // Chest. – 1997. – Vol. 112.
– P. 235–243.
Brix-Christensen V. The systemic inflammatory response after
cardiac surgery with cardiopulmonary bypass in children //
Acta Anesthesiol. Scand. – 2001. – Vol. 45. – P. 671–679.
Gessler P., Pfenninger J. et al. Inflammatory response of neutrophil granulocytes and monocytes after cardiopulmonary
bypass in pediatric cardiac surgery // Intens. Care Med. –
2002. – Vol. 28, № 12. – P. 1786–1791.
Stiller B., Sontag J., Dahnert I. et al. Capillary leak syndrome
in children who undergo cardiopulmonary bypass: clinical
outcome in comparison with complement activation and C1
inhibitor // Ibid. – 2001. – Vol. 27, № 1. – P. 193–200.
Tarnok A., Hambsch J., Emmrich F. et al. Complement activation, cytokines, and adgesion molecules in children
undergoing cardiac surgery with or without CPB // Pediatr.
Cardiol. – 1999. – Vol. 20. – P. 113–125.
Vetter M. Z., Gewurz H., Hansen B. et al. Effects of C-reactive protein on human lymphosyte responsiveness // J.
Immunol. – 1983. – Vol. 130, № 5. – P. 2121–2126.
Поступила 30.08.2006
© В. А. ЛИЩУК, 2006
УДК 616.1:001.891.573
РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ЭЛЕМЕНТАРНОГО СОСУДИСТОГО УЧАСТКА В СРЕДЕ LabVIEW,
ОРИЕНТИРОВАННОЙ НА КАРДИОХИРУРГИЧЕСКУЮ КЛИНИКУ
В. А. Лищук
Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева (дир. – академик РАМН Л. А. Бокерия)
РАМН, Москва
Представлены математическое описание и реализация в среде LabVIEW элементарного
сосудистого участка. Учтены объем, давление и поток, а также их зависимость от
жесткости, тонуса, сопротивления и инерционности. Модель построена в терминах,
позволяющих распространить описание на разветвлённую многоуровневую систему сосудов.
Исследованы статические и динамические отношения между оценками состояния и функцией
участка сосуда и его свойствами. Описание сосудистого участка имеет общий характер, что
позволяет использовать его как типовой при построении специфических моделей сосудистого
русла. Исследования модели показали, что незаметные при контроле по преимуществу
режимов steady–state изменения могут скрывать выраженные колебания в переходных
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
МЕТОДИКИ
И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
68
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
режимах, создавая опасные напряжения в операционных швах, перевозбуждения систем
регуляции и кровотечения. Установлены роли каждого свойства сосуда в формировании
потока давления и объема.
К л ю ч е в ы е с л о в а: математическая модель, сосудистый участок, среда LabVIEW.
The paper gives the mathematical description and realization in LabVIEW environment of an elementary
vascular site. The volume, pressure and blood flow, and also their dependence on rigidity, a tone, resistance and lag effect are considered. The model is constructed in the terms, allowing to extend the
description to the branched multilevel system of vessels. Static and dynamic attitudes between state estimations and function of a vessel site and its properties are investigated. The description of a vascular
site has the general form that allows to use it as typical at construction of specific models of a vascular
bed. Researches of model have shown, that imperceptible changes at the control of steady-state modes
can hide the marked fluctuations in transitive modes, creating dangerous pressure in surgical sutures,
overexcitation of regulatory systems and bleedings. Roles of each property of a vessel in formation of
a blood flow, pressure and volume are established (are illustrated by diagrams).
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
K e y w o r d s: mathematical model, vascular site, LabVIEW environment.
Для изучения сосудистого русла применялись
различные математические модели [4, 6–9]. С их
использованием выполнено много имитационных исследований сердечно-сосудистой системы
[13]. Как правило, в этих работах решаются задачи описания сосудистой системы, выбора методов и их использования для оценки адекватности
моделей, определения общих свойств и нахождения новых. Подчеркнем: модели применяются
для изучения сердечно-сосудистой системы,
иногда даже имитации совместной функции кровообращения и дыхания, но не локального сосуда. Модель сосуда хотя и являлась основой (вместе с сердцем) описаний сердечно-сосудистой
системы в целом, ее исследование и обоснование
модели простейшего сосудистого участка не проведено. Во всяком случае, за долгие годы работы
в области моделирования сосудистой системы
они нам не встретились [4, 6, 9].
Данную статью мы начнем с краткого словесного описания модели элементарного сосудистого участка, затем построим математическую модель и проведем детальный анализ свойств сосудистого участка, что, по имеющимся сведениям,
не делал еще никто. Во всех известных автору
случаях после построения модели сосуда большинство исследователей (в том числе и автор)
синтезируют из нее модель сердечно-сосудистой
системы той или иной сложности и затем, как
отмечено выше, уже не касаясь свойств элементарного сосудистого участка, используют модель
сосудистой цепи или сердечно-сосудистой системы.
Сейчас в соответствии с реальным клиническим контролем принято отражать в математической модели объем (V), давление (P, гемодинамическое и тканевое) и объемный поток крови (q) в
сосудистый участок из других сосудов и из него в
другие участки сосудистой системы, а также объемный поток жидкости из рассматриваемого сосуда в ткани и из тканей в сосудистый участок.
Эти переменные (V, P, q) характеризуют функции участка сосудистой системы.
Функции зависят от свойств сосудистого участка и прилегающих к нему тканей: средней жесткости сосудистой стенки (е) вместе с прилегающими тканями, максимального объема сосуда,
который при наполнении его кровью расправляется, но еще не определяется растяжением стенок (U), резистивного сопротивления кровотоку
(ρ–1, рассеивает энергию), индуктивного сопротивления (l–1), зависящего от массы крови и тканей, участвующих в изменении движения (накапливает энергию), и, наконец, от проводимости (ρT) стенок сосуда (как активной, так и пассивной), которая отражает обмен между сосудистой системой и тканями. Эти параметры (е, U,
ρ), характеризующие свойства сосуда, изменяются, как правило, значительно более медленно,
чем оценки функции (V, P, q).
Входами в сосудистый участок j (рис. 1) являются давления в соседних сосудах (Pk, Pυ), тканевое давление (PTj) и приведенное к давлению
действие гравитации (Pгj). В результате взаимодействия участков определяются кровотоки между ними (qjυ, qkj).
Конструктивность описания предполагает
возможность использования регулярных известных заранее методов аналитического и/или численного исследования. Трудности для большинства задач моделирования сердечно-сосудистой
системы связаны с необходимостью отображать
достаточно большое количество сосудистых участков. От трех–четырех в простейших ситуациях
до 500 в некоторых (претенциозных или теоретически направленных) моделях. Хотя мы будем
рассматривать элементарный сосуд, но, в конце
концов, все же не избежим этой проблемы.
Нелинейности также доставляют множество
хлопот, особенно при вариации условий, вызывающих существенное удаление состояния сосуда от рабочей точки (нормы). В этой статье будем
придерживаться рабочего диапазона изменения
функций и свойств сосуда. Для такого ограничения есть весомые физиологические и клинические аргументы [8, 13].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
Pгk(t)
PTj (t)
Pгj (t)
Pk(t)
Участок j
Участок υ
Vj
Pj (t)
Pk(t)
Pυ
Pj(t)
ek
ej
Uk
Uj
ρkj,
PTυ(t)
Pj
Участок k
Vk(t)
l–1
kj
qkj(t); q’kj(t)
69
ρkj,
l–1
qj T(t)
kj;
ρjυ,
Vυ(t)
Pυ(t)
eυ
Uυ
l–1
qjυ(t); q’jυ(t)
jυ
ρυj, l–1υj
qTj (t)
Рис. 1. Схема сосудистого участка, поясняющая построение модели сосуда.
П р и м е ч а н и е. P – давление, V – объем, e – жесткость, ρ – проводимость, l–1 – инерционность участвующих в движении тканей и
крови, U – расправляющий объем для участка сосуда, k, j, υ – индексы сосудистых участков (описание выполняется для участка j),
Рг – давление, обусловленное гравитацией, PT – тканевое давление, qjT(t) – поток из сосуда в ткань, qTj (t) – поток из ткани в сосуд.
Вывод уравнений
Описание будем вести для участка j. Смежными
примем участки k и υ.
Гидравлическое давление крови в участке Рj (t)
примем тем большим, чем больше крови в сосуде
Vj (t). При этом будем учитывать только ту часть
объема крови в сосуде, которая растягивает его
стенки [Vj (t) – Uj ].
Учтем также, что при одном и том же объеме
давление будет тем больше, чем больше приложенное к сосуду давление внешних тканей (среды, РТ).
Поскольку нас в первую очередь интересует
больной в реанимации (лежащий на койке), то си-
лы, действующие на сосуд при изменении положения тела относительно земного притяжения, рассматривать не будем: Pг j (t)≡0 или постоянная малая величина (в монографии В. А. Лищука «Математическая теория кровообращения» эти силы учтены [4]).
Принимая во внимание сказанное выше, получим:
Рj (t)=еj {Vj (t)–Uj}+PTj (t).
(1)
Жесткость еj стенки сосуда остается постоянной лишь в рабочем диапазоне. В условиях патологии величина объема крови может выходить из
этого диапазона. Тогда жесткость будет нелинейной, то есть существенно зависеть от заполнения
участка сосуда кровью еj [Vj (t)]. В простейшем случае примем, что еj [Vj (t)]=еj +енj ∗Vj (t). Ранее мы
рассмотрели более сложные нелинейности [4].
Объем крови в сосудистом участке. Изменение
объема крови V ’j (t) в сосуде обусловливается ее
притоком qkj и оттоком qj υ из сосудистых участков,
а также диффузией жидкости через стенки сосуда
qj T(t):
V ’j (t)=qkj (t)–qj υ(t)–qj T(t)+qTj (t).
(2)
Для больших сосудов и при исследовании собственно гемодинамики потоком жидкости через
стенку сосуда обычно пренебрегают, так как в
этом случае величина qj T(t ) мала по сравнению с
кровотоком по сосуду. Интегрируя входные и выходные потоки, найдем объем крови в сосудистом
участке Vj (t ):
t
Vj (t)= Vj 0+ ∫ (qk j –qj υ+ qTj –qj T)d(τ).
0
(3)
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Наконец, для приближения к задачам практики необходимо отображать ветвящуюся сеть участков сосудистого русла. Не одну сеть, а разные
конфигурации для каждого индивидуального
клинического случая. По сути – это задача оперативного синтеза модели сосудистого русла индивидуальной конфигурации. Все же каждая индивидуальная модель, как правило, опирается на
общие характеристики и представления, свойственные здоровым людям или всему классу больных при данном заболевании. Этими свойствами
мы займемся в первую очередь.
Описанные здесь проблемы и трудности в существенной степени позволяют преодолеть средства LabVIEW, которые мы используем в этом исследовании. Пока, правда, не в смысле сегодняшней клинической практики. Так как для
идентификации и опережающего моделирования
в реальном времени не хватает быстродействия и
оперативной памяти доступных ЭВМ. Но перспектива здесь очень обнадеживающая.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
70
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
Входной и выходной потоки (qkj (t), qj υ(t)) будут
зависеть от разности давлений Pk(t)–Рj (t) и
Рj (t)–Pυ(t), проводимостей (ρk j , ρj υ) между участками (k, j, υ), а также от инерционностей (lkj–1,
ljυ–1) потоков и перемещающихся вследствие изменения потоков стенок сосуда и прилегающих к
ним тканей:
qkj (t)=ρkj ∗[Pk(t)–Рj (t)–lk j–1∗ q’kj (t)],
(4)
qj υ(t)=ρj υ∗[Рj (t)–Pυ(t)–lj υ–1∗ q’j υ(t)].
(5)
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Нужно также учесть поток из сосуда в ткань
(qj T) под действием разности гидростатических
давлений [Рj –РТ] и из ткани в сосуд (qТ j) через
стенку последнего, под действием градиента онкотического давления [Р ОТ–Р Оj ]. Потоки между сосудом и тканью принято представлять следующим
образом:
qj T (t)=ρj Т∗[Р j (t)–РТ(t)],
(6)
qТ j (t)=ρОТj ∗[Р ОТ(t)–Р Оj (t)].
(7)
Поэтому в начальной части капиллярного русла
гидростатическое давление превышает онкотическое. Обратное отношение имеет место в области
венозного конца капиллярного русла. Как считает Д. Морман, в нормальных условиях существует
результирующая фильтрация жидкости в начальных участках капилляров и результирующая реабсорбции жидкости в их конечных участках.
Проводимости зависят от регуляции ρ =ρ (у),
где у – управление. Это также тема другой модели
[3, 4, 9–11].
Замечание о смежных функциональных системах. Сердечно-сосудистая система обеспечивает
возможность тканей и органов получить для себя
адекватный кровоток. Зачастую ее функцию описывают расширенно, вместе с задачами, решаемыми, например, внешним и внутренним дыханием,
железами, теплорегуляцией и другими системами
организма.
Скорость переноса (qв(t)) некоторого вещества
(в) зависит от скорости кровотока qkj (t) и концентрации вещества (С в) в крови: qвkj(t)=qkj(t)∗С вk(t).
Скорость потребления вещества (в) участком сосуда (j) или смежной с ним тканью (что
будем считать тем же) найдем с учетом скорости
поступления вещества в сосуд и из него:
qвj Т(t)=qkj(t)∗С вk(t)–qjυ(t)∗С вj(t).
В капиллярах происходит интенсивный обмен веществ, при этом используется разность
их концентраций в крови и тканях. Скорость
обмена между кровью и интерстициальной жидкостью в этом случае зависит от разности концентраций, площади поверхности, через которую идет обмен, расстояния, на протяжении
которого осуществляется диффузия, и проницаемости капиллярной стенки и ткани, участвующей в процессе. Обращаем внимание читателя
на то, что здесь речь идет не о перемещении
жидкости, а о диффузии веществ, растворенных
в крови. Скорость этого перемещения (диф-
Эти выражения описывают перемещение жидкости через стенки сосуда, преимущественно капилляров. Составляющую потока жидкости из сосуда в ткань (qj T ) называют фильтрацией, а из ткани в сосуд (qТ j ) – реабсорбцией. Коэффициент
ρОТ j – проницаемость, или проводимость жидкости под действием онкотических сил.
Гидростатическое давление в капиллярах –
приблизительно 25 мм рт. ст., в интерстициальном
пространстве – примерно равно нулю. В норме
этот градиент давления обеспечивает фильтрацию
жидкости из капилляров в ткань.
Реабсорбцию обеспечивает разница онкотического давления, поскольку в плазме концентрация белка много больше, чем в интерстиции.
Осмотическое давление между плазмой и интерстициальной жидкостью обусловлено наличием в плазме крови
Интерстиций
альбумина и некоторых
других белков. В интерстициальной жидкости
Pc–Pи > πc–πи
их в норме нет. Иногда
Результирующая
это давление определяфильтрация
Плазма
ют как онкотическое.
Потоки и давления, от- Гидростатическое
Pc
ражающие эти процес- давление Pи
сы, представлены на
Pc–Pи = πc– πи
рисунке 2.
Результирующего
движения нет
Предполагается, что
Осмотическое
внутрикапиллярное гидавление πи
πc
дростатическое давление является высоким
Pc–Pи < πc– πи
во входной части и сниРезультирующая
жается по направлению
реабсорбция жидкости
к выходу (венозному
концу). Это обусловлено падением давления Рис. 2. Факторы, влияющие на транскапиллярное передвижение жидкости (по Д. Морману).
на продвижение крови. П р и м е ч а н и е. и – интерстиций, с – сосуд.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
Преобразование уравнений в форму,
удобную для моделирования,
с перспективой перехода
к модели сосудистого древа
и сердечно-сосудистой системы
Перейдем к дискретному времени: t = i d, где
d – шаг, i – номер шага (i = | t / d | ). Тогда для объема
будем иметь:
Vj [(i+1)d ]= Vj (id )+[qkj (id )–qj υ(id )+
+qT j (id )–qj T (id )]∗d.
(8)
Соразмеряя объем исследования с возможностью его изложения в статье, примем, чтобы получить наиболее общие результаты:
qTj (id )=qj T(id )=0. Вместе с тем сами исследования и описание будут иметь форму, позволяющую без труда учесть транссосудистый обмен
между тканями и сосудом.
В выражении (8) не определены потоки. Вычислим их через эффективное давление:
qkj (id )= ρkj ∗{Pkj (id )–Рj k(id )–
–lk j –1∗d–1∗[qk j (id )–qk j (i–1)d ]},
(9)
qj υ(id )= ρj υ∗{Pj υ(id )–Рυ j (id )–
–l j υ–1∗d–1∗[qj υ(id )–qj υ(i–1)d ] }.
Различный порядок индексов (kj и j k; j υ и υj )
при обозначениях скалярных величин давлений,
проводимостей и инерционностей введен для того, чтобы можно было учесть клапаны, а также
различное участие «столба жидкости» и тканей
при изменении направления потока. Так как в
этой работе мы исследуем преимущественно один
элементарный сосудистый участок, то поток из
него будем задавать и при каждой имитации примем q j υ(id )=const.
Фильтрацию и реабсорбцию можно в первом
приближении представить следующими выражениями:
qj T(id )=ρj Т∗[Рj (id )–РТ(id )],
(11)
qТj (id )=ρТj ∗[PТ(id )–Рυ(id )].
(12)
Здесь, как отмечалось выше, чтобы получить
наиболее общие результаты и имея ввиду ограниченность объема статьи, потоки сквозь стенки сосудов не будем учитывать, qj T(id )=0, qТj (id )=0.
В выражениях (9) и (10) не определены давления. Вычислим давление Рj (id ) через объем, растягивающие стенки сосуда, обобщенные жесткости
стенок и тканевое давление:
Рj (id)=еj [Vj (id)–Uj ]+PTj (id ).
Эндотелиальная
клетка
Плазма
Цитоплазма
Толщина
1 мкм
Плазматическая
мембрана
40 Å
Белки
Мелкие
водорастворимые
частицы
(13)
Остальные давления для участка сосуда j являются входными, определяемыми в других участках или,
как будет в нашем случае, задаваемыми из условий
задачи. Направленность давления в сторону сосуда k
или υ пока не существенна для нашего случая исследования общих свойств сосудистого участка.
Обозначения полученной здесь модели введены таким образом, что от описания одного участка можно перейти к сети из n участков.
Интерстиций
Заполненные водой
каналы
(10)
Жирорастворимые
вещества
Рис. 3. Пути транскапиллярной диффузии. Функция сосуда не зависит непосредственно от этого процесса.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
фузии, g) некоторого вещества (в), согласно
закону Фика, определяется следующим образом:
gвj (t)=ρвj Т∗Sj *∆С вj Т(t)/ιj. Здесь ρвj Т – коэффициент диффузии (проводимости) вещества (в) из
сосуда j в ткань через поверхность Sj на расстояние ιj под действием градиента концентрации
∆Сvj Т. Эти отношения отражены на рисунке 3,
позаимствованном из той же работы Д. Мормана. Напомним, что в этом разделе дан лишь пример взаимодействия сосуда со смежной подсистемой, тогда как мы занимаемся функцией сосуда. Поэтому описанные отношения не включены в модель.
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
72
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
Реализация модели
сосудистого участка в LabVIEW
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Интересующие нас выходные величины Рj (t),
qk j (t) и Vj (t) найдем, решая систему уравнений [5,
9, 13]. Оценка qj υ(t) относится по своему существу и принятой процедуре вычисления к другому
участку сосуда. Здесь положим все отношения
линейными и стационарными, но учтем, что при
необходимости излагаемый подход к исследованию модели позволяет легко перейти к нелинейным и не стационарным отношениям.
Результаты удобно выводить в виде графиков
{Vj(id), Рj(id), qk j (id)} и таблиц. Входные величины ts, te, d, ρk j , еj, lk j , Uj, Pj и Pk поместим на панель виртуального прибора (ВП) и предусмотрим
возможность их задания постоянными величинами и функциями времени (рис. 4).
Диаграмма, отражающая программу исследования и саму модель, представлена на рисунке 5.
В качестве примера на рисунке 6 представлена подсистема, задающая нелинейности.
Модель с пульсацией давления на входе в сосуд представлена на рисунках 7 и 8, на рисунке 7
отображена панель, на рисунке 8 – диаграмма
(модель и программа).
Модуль сосудистого участка (из которого
удобно синтезировать сеть сосудов) показан на
рисунке 9. Панель двух участков (k и k+1) вместе представлена на рисунке 10. Каждый участок
может быть представлен модулем. Из модулей
можно собрать сосудистую сеть, практически не
Рис. 4. Панель виртуального прибора. С панели задаются начальные условия, свойства и выводятся результаты счета
(обозначения в тексте).
Рис. 5. Диаграмма, которая отражает программу исследования и модель.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
73
ограниченную как при параллельном расположении сосудов, так и при последовательном
ветвлении.
Каждый из показанных на рисунке 10 участков
может быть заменен модулем (см. рис. 9).
Исследование модели
элементарного сосудистого участка
Рис. 6. Панель и программа задания нелинейностей.
Варьируя коэффициенты, можно получить почти любую,
свойственную биосистемам нелинейную зависимость y от x.
Рис. 7. Панель модели элементарного сосудистого участка с пульсацией давления на входе.
Рис. 8. Схема модели с пульсацией на входе.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Выбор начальных условий и численных оценок параметров. Для примера рассмотрим в качестве
обобщенного сосудистого участка артериальный
бассейн. Этот пример актуален в связи с ролью артериального резервуара в функции и исследованиях сердечно-сосудистой системы, а также в связи с
тем значением, которое имеет гипертония в жизни
многих людей. Часть входных параметров может
быть задана постоянными величинами (табл. 1),
часть переменными – во времени.
Постановка задачи. Сначала найдем квазистационарный режим (steady–state) для сосудистого
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
74
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
Рис. 9. Модуль элементарного сосудистого участка.
участка, затем вычислим переходные режимы для
Vj (id), Рj (id), qk j (id) при скачкообразном (по сравнению со значением в статике) изменении Рk,
qj v (id), ρk j , еj , lk j . Все (если не сказано противное)
исходные состояния соответствуют состоянию
статики (описано ниже).
Ход и результаты исследования. Сначала, как
уже отмечено в постановке задачи, найдем установившееся состояние (steady–state), затем определим реакции давления, объема и потока на изменения параметров.
После окончания переходного режима получим
квазистатическое состояние. В нашем частном случае будем иметь: time_start (ts)=0, time_end (te)=2,
шаг d=0,001 с (или 0,0001), N=2000, iконечное=1999.
Входное давление задано. Оно (кроме случая исследования влияния на функцию сосуда его самого) в
ходе всего исследования равно 100 тор, то есть
Рk (i∗d)=100 тор. Давление в сосуде может иметь
различную величину, но если достигнуто статическое состояние, то пока оно имеет место, давление в
сосуде приблизительно равно 100 тор, то есть
Рj (i∗d)=100 тор. Эту же величину оно будет иметь и
в конце счета (исследования): Рj (N∗d )=100 тор.
Объем при старте, по условию задачи, может
иметь различные величины. Если же достигнут
статический режим, то V0,time start = V ( s ) = 230 мл,
и в конце счета он также равен 230 мл,
Vj(N∗d)=230 мл, как и в любое время, пока сохраняется статика. Величина потока в сосуд в переходном режиме меняется, но, если достигнуто
состояние steady–state, то в нашем примере
qkj[i∗d]=100 см–3∗с–1 и qkj[N∗d]=100 см–3∗с–1. Поток
из сосуда задан постоянным qjv(i*d)=100 см–3∗с–1.
Проводимость pkj=10 см–3∗с–1*тор–1, жесткость
ej=0,5тор∗см–3, тонус Uj=50 см–3 и инерционность lj=100 см3/(тор∗с2) оставались, пока был
достигнут статический режим, неизменными. Однако в дальнейших исследованиях мы будем их изменять, чтобы понять роль каждого из этих
свойств в формировании и изменении функций.
При этом мы будем опираться на описанное здесь
состояние статики. Сейчас перейдем от одного состояния статики к статическим характеристикам.
Статические зависимости основных параметров от входного давления Рk отражены в таблице 2.
Таблица 1
Оценки параметров модели участка сосудистого русла
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Параметр
Время
Время начала возмущения
Время окончания счета
Шаг исследования
Обозначение
Количественная оценка
Размерности
t
0–60
с
t o или ts
te
Например,
1–10
с
d
0,0001–0,01
с
3
Проводимость или проницаемость
ρ
13
см /(тор∗с)
Сопротивление
r–1
0,077
(тор∗с)/см3
е
с=е–1
2,2
0,454
тор/см 3
см3/тор
Инерционность,
обратная величина инерционности
l –1
l
0,01
100
(тор∗с 2)/см 3
см3/(тор∗с 2)
Ненапряженный объем
U
50
мл, см 3
Давление номинальное
P
100
тор или мм рт. ст.
Объем номинальный
V
250
мл, см 3
Номинальный поток
q
100
мл/с, см3/с
A(t)
Не использована
тор∗см3/с
Энергия
E
Не рассчитывалась
тор∗см3
Полное число шагов счета
N
Например, 10 000
Текущий шаг
i
От 1 до N
Жесткость
Эластичность
Мощность
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
75
Таблица 2
Статические зависимости давления, объема
и потока от входного давления
при qj v = const (100)
Рk
Vj
Рj
qkj
25
80
15
100
50
130
40
100
100
230
90
100
200
430
190
99,9
400
830
390
99,8
Изменяется Рk, что вызывает переходный процесс.
После окончания переходного процесса значения
Vj, Рj и qk j фиксируются на панели ВП и заносятся
в таблицу.
Понятно, что установившийся процесс обусловлен как внутренними свойствами, так и внешними
воздействиями. Обратите внимание: несмотря на
многократное изменение входного давления (первый столбец) поток по достижении статики остается неизменным (последний столбец). Это происходит потому, что объем и вслед за ним давление растут до тех пор, пока приток и отток не выравняются
(станут одинаковыми). На лекциях по кардиологии
часто задают вопрос: равен ли сердечный выброс
левого и правого сердца? Здесь мы получили на него ответ. В динамике не равен, если же усреднять за
минуту (что в нормальных условиях дает режим,
близкий к квазистатике), то выбросы (за минуту)
левого и правого желудочков сердца разнятся на величину кровотоков через коронарные сосуды и некоторые шунты легких. Ударные объемы желудочков почти никогда не равны (дыхательные волны и
волны третьего порядка делают это неравенство
значимым).
Динамика (переходный процесс) Vj, Рj и qkj при
ступенчатом изменении Рk от 100 до 200 показана
на рисунке 11. Исходное состояние – описанная
выше статика.
а
б
Рис. 11. Реакция Vj (а), Рj (б), qkj (в) на изменение Рk . Объяснение в тексте.
в
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Рис. 10. Диаграмма модели двух участков сосудистого русла.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
76
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
Видно, что хотя со временем поток примет
прежнее значение (рис. 11, в), его величина в переходном режиме может достигать значительных показателей, которые на трендах мониторов не будут
адекватно отражены и которые небезопасны в таких ситуациях, как пережатие аорты, подключение шунта, интубация и т. п. [2].
Статические зависимости оценок функции
сосуда (Vj , Рj , qk j ) от изменения выходного потока qj υ представлены в таблице 3. Например, если
шунт забирает из аорты кровь, то она будет в
нормальных условиях быстро восполняться. Чтобы это имело место, давление в сосуде должно
снижаться.
Динамика Vj, Рj и qk j при изменении qj υ от 25
до 400 показана на рисунке 12. Переходный процесс имеет плавный характер, протекает за время
немногим больше секунды.
Статические зависимости оценок функции сосуда (Vj , Рj , qk j ) от проводимости ρk j отражены в
таблице 4. Время контроля увеличено до 3 секунд. Заметьте, кровоток лишь слабо меняется
при многократном изменении проводимости.
Динамика при скачкообразном изменении ρk j
от 2,5 до 40 показана на рисунке 13. Время контроля – 6 с. Характер переходного процесса – колебательный, затухающий. Здесь также имеет место
уже рассмотренное положение: в статике влияние
проводимости на кровоток и давление невелико,
но в динамике могут иметь место значительные
напряжения. Такие напряжения небезразличны
для операционных швов на сосудах и миокарде.
Они могут вызывать неадекватные регуляторные
реакции и отсроченные расстройства адаптивных
механизмов.
Статические зависимости объема, давления и
потока от жесткости (ej ) представлены в таблице 5.
Время достижения статического состояния (длительности переходного периода от статики при
e = 0,5 к статике при e = 0,25) – около 3 с (для разных возмущений и параметров оно различно).
Кровоток и давление не меняются. Небольшое
а
Таблица 3
Статические зависимости давления, объема
и потока от выходного потока qj υ
qjυ
Vj
Рj
qk j
25
245
97,5
24,99
50
240
95
50
100
230
90
100
200
210
80
200
400
170
60
400
Таблица 4
Статические зависимости давления, объема
и потока от проводимости ρk j
ρ kj
Vj
Рj
qkj
2,5
174,7
62,3
93,9
5
210
80
99,8
10
230
90
100
20
239,9
94,96
100,3
40
244,5
97,25
108,6
Таблица 5
Статические зависимости объема, давления
и потока от жесткости сосуда (ej )
ej
Vj
Рj
qk,j
0,125
76,99
89,98
100,1
0,25
410
90
100
0,5
230
90
100
1
140
90
100
2
95
90
100
б
Рис. 12. Реакция Vj (а), Рj (б), qkj (в) на изменение qjυ . Объяснение в тексте.
в
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
всех оценок функции сосудистого участка. Такие
ситуации могут иметь место при «кувырке», резком изменении положения тела с вертикального
на горизонтальное, особенно при неадекватной
регуляции.
Динамика при изменении ej от 0,5 до 2 (в ответ
на увеличение) отражена на рисунке 15. Время
контроля – 2 с. Размах колебаний выражен. Давление снижается до нуля. Поток имеет сильно выраженную отрицательную составляющую, то есть
некоторое время течет из участка j в участок k
(примерно 25 мс; см. рис. 15, в).
Статические зависимости оценок Vj , Рj , qkj от uj
показаны в таблице 6. Время достижения статического состояния (переходного периода) – около секунды. Важно, что и кровоток, и давление
не меняются. Достижение нового статического
состояния происходит только за счет изменения
объема.
различие обусловлено недостаточным для полного
уравновешивания временем счета. В переходном
режиме изменения выраженны.
Динамика при изменении ej от 0,5 до 0,125
показана на рисунке 14. Время контроля увеличено до 6 с. В ответ на скачкообразное падение
жесткости в 2 раза падает (со 100 до 20 тор) давление. Падение давления в сосуде (при неизменном на входе в него) вызывает рост кровотока
(рис. 14, в). Рост кровотока (при постоянном оттоке) приводит к наполнению сосуда (рис. 14, а).
Увеличение объема при неизменной жесткости
(равной 0,125) вызывает увеличение давления.
Разность давлений падает, и поток снижается.
Этот процесс идет сначала интенсивно, затем все
медленнее и медленнее, до тех пор, пока входной
поток не сравняется с выходным. В статике существенно меняется лишь объем. Во время динамики отмечаются резкие и выраженные изменения
а
в
б
Рис. 14. Реакция Vj (а), Рj (б), qkj (в) на изменение ej от 0,5 до 0,125. Объяснение в тексте.
в
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
а
б
Рис. 13. Реакция Vj (а), Рj (б), qkj (в) на изменение ρkj . Объяснение в тексте.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
78
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
Динамика при изменении uj от 50 до 200 показана на рисунке 17. Время контроля – 1 с. Изменения выраженны. В ответ на скачкообразное изменение uj падает и затем плавно возрастает до
исходной величины давление. Еще более значимо, но менее резко возрастает и затем возвращается к прежней величине поток. Эти процессы
обусловлены плавным, практически без перерегулирования возрастанием объема (рис. 17, а).
В отличие от реакции на изменение жесткости
ответ на изменение тонуса идет без колебаний.
Это важный аргумент для выбора в качестве регулируемой величины тонуса. По крайней мере, для
главного контура системы регуляции кровообращения [4].
Реакции Vj , Рj , qk j на изменение инерционности.
Чтобы оценить роль инерционноcти, исследуем
реакции сосуда при задании разных l k j . Пусть
значения инерционности отличаются в 2 раза. Одно примем равным 0,01 (проводимость 100), как
это уже было принято ранее для статики, другое –
0,02 (проводимость 50). При этих двух значениях
Таблица 6
Статические зависимости объема, давления
и потока от uj
uj
Vj
Рj
qkj
12,5
192,49
89,99
100
25
204,99
89,99
100
50
230
90
100
100
280
90
99,98
200
380
90
99,96
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Динамика при изменении uj от 50 до 12,5 мл
представлена на рисунке 16. Время контроля – 2 с.
Изменения выраженны. В ответ на скачкообразное изменение uj возрастает и затем плавно падает
до исходной величины давление. Еще более значимо, но менее резко падает поток (до отрицательных значений) и затем с небольшим перерегулированием возвращается к прежней величине.
а
б
в
Рис. 15. Реакция Vj (а), Рj (б), qkj (в) на увеличение жесткости ej от 0,5 до 2. Объяснение в тексте.
а
б
Рис. 16. Реакция Vj (а), Рj (б), qkj (в) на изменение uj . Объяснение в тексте.
в
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
а
б
79
в
инерционности получим переходные процессы
давления, объема и потока при уменьшении начального наполнения сосуда в 2 раза, то есть
Vj (0)=115. На рисунке 18 показаны переходные
процессы при начальном значении объема 115 мл
(Vj = 115) и lk j =100. Время контроля – 2 с.
На рисунке 19 представлен тот же переходный
процесс (от начального значения объема 115 мл к
статике) при инерционности, имеющей значение
0,02 (l k j = 50).
Видно, что различие есть, но оно невелико.
При увеличении инерционности колебательный
характер переходного процесса более выражен.
Нужно учесть, что как само изменение инерционности, так и изменение возмущения (и то и другое
в 2 раза) существенны. Аорта в целом должна
представляться многими соединенными последовательно и параллельно элементарными участками. Поэтому для артериального резервуара, как и
а
для отдельных крупных сосудов, инерционное сопротивление может играть существенную роль.
Такую ее роль можно усмотреть из работ N. Westerhof и соавт., A. Noordergraaf, L. Euler и др. [12,
14, 15].
Для сравнения рассмотрим увеличение инерционности до 0,1 (l k j = 10) при сохранении тех же
остальных условий. Переходный процесс имеет
существенно колебательный характер (рис. 20).
Время исследования пришлось увеличить до 10 с.
Еще большее увеличение инерционности – до
l k j = 1 приводит к длительным (время контроля
100 с) выраженным колебаниям объема, давления
и потока. Переходный процесс при начальных условиях Vj = 115, то есть отличающихся от статики в
2 раза в сторону уменьшения, и l k j = 1 показан на
рисунке 21.
Такие колебания могут возникать в жестком
шунте от аорты к бедренным артериям.
б
в
Рис. 18. Реакция Vj (а), Рj (б), qkj (в) на снижение Vj в 2 раза по сравнению с ранее полученным режимом статики при
lkj = 100. Объяснение в тексте.
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Рис. 17. Реакция Vj (а), Рj (б), qkj (в) на изменение uj (возрастание). Объяснение в тексте.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
80
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
а
б
в
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Рис. 19. Реакция Vj (а), Рj (б), qkj (в) на снижение Vj в 2 раза по сравнению с ранее полученным режимом статики при
lkj = 50. Объяснение в тексте.
а
б
в
Рис. 20. Реакция Vj (а), Рj (б), qkj (в) на увеличение инерционности до 0,1. Объяснение в тексте.
в
а
б
Рис. 21. Реакция Vj (а), Рj (б), qkj (в) на увеличение инерционности до 1. Объяснение в тексте.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МЕТОДИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
Заключение
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Бокерия Л. А., Леонов Б. И., Лищук В. А. Актуальность
экспертизы (метрологической оценки) современных
измерительных медицинских методик и приборов для
интенсивной терапии, реанимации, функциональной
диагностики и кардиохирургии // Клин. физиол. кровообр. – 2005. – № 3. – С. 65–78.
Бокерия Л. А., Лищук В. А., Спиридонов А. А. и др. Влияние
пережатия аорты на гемодинамику при реконструкции
грудной и брюшной аорты // Ангиол. и сосуд. хир. – 2004.
– № 1. – С. 125–135.
Гарсеванов Г. Д. Математическое описание целеобразования местной и центральной регуляции кровообращения //
Реализация математических методов с использованием
ЭВМ в клинической и экспериментальной медицине: Тез.
докл. 2-й Всесоюз. конф. – М., 1986. – С. 101–104.
Лищук В. А. Математическая теория кровообращения. –
М.: Медицина, 1991. – 256 с.
Лищук В. А. Модель субъекта: сообщение первое – пятое //
X Ежегодная сессия Научного центра сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева РАМН: Тез. докл. и сообщ. // Бюллетень НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН
«Сердечно-сосудистые заболевания». – 2006. – Т. 7, № 3.
– С. 169–170.
Лищук В. А. Общие свойства сердечно-сосудистой системы. – Киев, 1971. – 20 с. (Препринт / АН УССР, ИК
им. Глушкова, 1971, № 71 – 15).
Лищук В. А. Опыт применения математических моделей в
лечении больных после операций на сердце // Вестн.
АМН СССР. – 1978. – № 11. – С. 33–49.
Лищук В. А. Специфика применения математических моделей в лечении больных после операции на сердце //
Применение математических моделей в клинике сердечно-сосудистой хирургии. – М.: Машиностроение, 1980. –
С. 155–170.
Лищук В. А., Сазыкина Л. В. Математические модели
сердечно-сосудистой системы// Итоги науки и техн.
ВИНИТИ. Сер. Бионика. Биокибернетика. Биоинженерия. – 1990. – Т. 7. – 140 с.
Лищук В. А., Шалыбкова О. П. Роль емкостных сосудов в
регуляции центральной гемодинамики (анализ экспериментального материала и клинических данных на основе
математической модели) // Труды Межд. симпозиума по
регуляции емкостных сосудов. – М., 1985.
Сазыкина Л. В. Исследование тенденций изменчивости и
постоянства в регуляции сердечно-сосудистой системы с
помощью мониторно-компьютерного контроля в эксперименте и кардиохирургической клинике: Дис. … канд.
биол. наук. – М., 1984. – 296 с.
Euler L. // Opera posthuma mathematica et physica / Ed.
P. H. Fuss, N. Fuss. Petropoli. – 1982. – Vol. 2. – P. 814–822.
Lischouk V. A. Clinical results with computer support of the
decisions (in the cardiosurgical intensive care unit) //
Databases for cardiology / Eds G. T. Meester, F. Pinchiroli. –
Dortrecht: Kluwer academic publishers, 1991. – P. 239–259.
Noordergraaf A. Hemodynamics // Biological engineering /
Ed. H. Schwan. – New York, 1969. – P. 391–545.
Westerhof N., Bosman F., Devries C., Noordergraaf A. Analog
studies of the human systemicarterial tree// J. Biomech. –
1969. – Vol. 2, № 11. – P. 121–143.
Поступила 10.01.2007
Поступила 15.01.2007
Поступила 10.01.2007
КЛИНИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ, № 4, 2006
Мы представили весьма приближенное описание сосудистого участка, сделать которое все же
необходимо как наиболее общее. Оно полезно для
понимания отношений между оценками, характеризующими поток, давление и объем (q, Р, V), и
свойствами сосуда – проводимостью, жесткостью,
инерционностью и тонусом (ρ, е, l, U). Особенно
часто недооценивается тонус или (чтобы избежать
неопределенности этого понятия) максимальный
объем крови, расправляющий, но не растягивающий сосуд. Полученная модель, конечно же, требует усовершенствования и обкатки, но после этого она должна стать таким же инструментом в арсенале мышления врача, как кровяное давление
или частота сердечных сокращений. В отличие от
этих последних, тонус, жесткость и проводимость
на один шаг ближе к причинам нарушений, чем
объем, поток и давление.
Проведенные исследования показали, что незначительные при контроле режимов steady–state
изменения могут скрывать выраженные колебания в переходных режимах, опасные при предположительной экстраполяционной оценке напряжений, возникающих в операционных швах, изменения уставок процессов регуляции и т. п. Это
важный практический вывод: даже вполне физиологические изменения могут приводить к резким
скачкам давлений и напряжений. И это может вызывать перевозбуждения систем регуляции (стрессы), кровотечения и искажать результаты ремоделирования.
В настоящей статье сделана попытка найти гармоничное решение между желанием отразить всю
сложность современных представлений о сосудистой системе и реальным клиническим контролем,
а также замечательными возможностями среды
LabVIEW [1]. В первую очередь – это разрешение
проблемы связи между медицинскими приборами, качеством измерений, имитационными моделями и методами имитации. Это также возможность построения сложных моделей посредством
комбинирования виртуальных модулей (подпрограмм) [5].
В дальнейшем эти исследования, надеемся, будут продолжены, что позволит перейти к многомодульной разветвленной модели сердечно-сосудистой системы, не потеряв при этом ее практической
направленности и возможности индивидуализации при диагностике и лечении больного.
81
Документ
Категория
Журналы и газеты
Просмотров
357
Размер файла
1 526 Кб
Теги
клинические, кровообращения, физиология, 2006
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа