INNOVATsIONNAYa BIOMEKhANIChESKAYa DIAGNOSTIKA DONOZOLOGIChESKIKh SOSTOYaNIY SERDEChNO-SOSUDISTOY SISTEMY

Abstract

Предложен вариант алгоритма диагностики донозологического состояния сердечно-сосудистой системы путем расширения списка показателей, определяемых на основе указанных выше данных тонометрии и антропометрии.

Full Text

Актуальность. Необходимость раннего выявления кардиопатологий [1-4], в частности, стеноза коронарных сосудов, провоцирующих острую и хроническую ишемию сердечной мышцы (рис. 1), актуализирует создание новых методов диагностики предвестников заболеваний сердечно-сосудистой системы при массовом обследовании населения в профилактических целях. Такие методы играют особенно важную роль при проверке трудоспособности представителей профессий с высокой ответственностью и большими физическими и психо-эмоциональными нагрузками (военнослужащих и работников силовых ведомств, менеджеров, водителей, диспетчеров и т.д.), а также при медицинском осмотре призывников, учащихся и т.д. Для массового применения указанная диагностика должна быть неинвазивной, экономичной по времени проведения и материальным затратам. Рис. 1. Коронарные артерии и их патологии. В кардиологической практике широко используется автоматизированная тонометрия, позволяющая измерить частоту сердечных сокращений (ЧСС), верхнее и нижнее пульсовое давление, в т.ч. в условиях дозированной физической нагрузки (функциональной пробы). Кроме того, при обследовании обычно регистрируются антропометрические данные (пол, возраст, рост, вес). Обычно практикуемый «быстрый» способ выявления сердечно-сосудистых заболеваний, например, гипертензии, по артериальному давлению и ЧСС, на наш взгляд, является ограниченным, т.к. не вполне характеризует состояние сердца и сосудов обследуемого. Не случайно, для уточнения медицинского заключения привлекается информация о биохимических показателях (содержание гемоглобина Hb, показатель кислотно-щелочного равновесия pH и т.д.), а также биомеханические данные (вязкость крови ρ, начальная деформация и модуль упругости стенок сосудов Еd, скорость распространения пульсовой волны Cv и др.). К сожалению, в настоящее время перечисленные (дополняющие тонометрические) параметры определяются инвазивными, сложными и дорогостоящими методами. Необходима разработка новых диагностических подходов в дополнение к уже существующим и доказавшим свою эффективность неинвазивным методам. Целью совместной разработки УО «Гомельский государственный медицинский университет» и ГНУ «ИММС им. В.А. Белого» НАН Беларуси явилось развитие диагностики донозологического состояния сердечно-сосудистой системы путем расширения списка показателей, определяемых на основе указанных выше данных тонометрии и антропометрии. Материал и методы исследования. На основе существующих представлений о гемодинамике, кислотно-щелочном равновесии и кислородном балансе [5-19] авторами реализованы возможности биомеханической диагностики состояния сердечно-сосудистой системы [20, 21] (компьютерная программа БИОДИС [22]). Эта программа включает базу опорных данных, интерфейс и расчетную часть, состоящую из следующих процедур: АНАЛИЗ. Задаются: антропометрические параметры, ЧСС, максимальное и минимальное значения артериального давления. Дополнительно могут задаваться параметры: содержание гемоглобина, параметр кислотного равновесия, вязкость и скорость распространения волны. Рассчитываются параметры и отклонения значений основных параметров от статистических норм. МОНИТОРИНГ. Задаются: вес, нагрузка, ЧСС, максимальное и минимальное давления, номер опорной записи из архива. Определяются отклонения основных параметров от норм из опорной записи. СТАТИСТИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ. Задаются: вес, нагрузка и номер опорной записи из архива. По накопленным статистическим данным определяются ЧСС и давление. Аналогично мониторингу определяются остальные параметры. ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ. Задаются: вес, нагрузка и номер опорной записи из архива, при дополнительном обследовании при измененной нагрузке: нагрузка, ЧСС и давление. Путем линейной аппроксимации определяются ЧСС и давление, методом расчета мониторинговых вычислений определяются остальные параметры. ДИАГНОСТИКА. Задаются: вес, нагрузка, ЧСС, максимальное и минимальное давления, номер опорной записи из архива с параметрами, соответствующими хорошему самочувствию пациента. Прогнозируемые значения ЧСС, минутного объема кровотока, давления при текущей нагрузке и расчетное давление в покое размещаются в специальных ячейках. Записываются отклонения расчетного максимального давления в состоянии покоя (гипертония/гипотония) от нормы; текущего ЧСС от прогнозируемого значения (тахикардия/брадикардия); текущего максимального давления от прогнозируемого значения (сердечная недостаточность); степень порока аортального клапана, измеряемая в % площади сечения аорты, исходя из степени тахикардии. При прогнозируемом систолическом объеме крови в покое более 150 мл указывается признак спортивного типа системы кровообращения. При верификации программы расчетные и измеренные значения контрольных параметров соотносились двумя способами. Первый способ заключается в сопоставлении расчетных результатов, полученных для а) неопределенных и б) измеренных значений параметров, включая вязкость крови, содержание гемоглобина, параметр кислотного равновесия, скорость распространения пульсовой волны. Поскольку возможности проведения соответствующих анализов в медицинской практике ограничены и не содержатся в архивах в нужном объеме, в качестве контрольных использовались более доступные данные о содержании гемоглобина. Установлено, что отклонение расчетных и измеренных значений содержания гемоглобина не превышает 8 %. Полученные результаты и их обсуждение. В соответствии со вторым способом, в частности, при диагностике 75 студентов факультета физической культуры Гомельского государственного университета, включая спортсменов-разрядников и призеров международных соревнований, были взяты значения входных параметров в состоянии покоя и при средней тренировочной нагрузке. Выполнен первичный анализ, мониторинг и прогнозирование параметров при максимальной нагрузке. Обсуждение результатов со специалистами по спортивной медицине не выявило противоречий с их оценкой состояния обследуемых. Прогнозируемые в отдельных случаях аномальные значения дифференциала потребляемого кислорода, уровня кислотно-щелочного равновесия и вязкости крови объясняются низким уровнем физической подготовки и сниженной адаптацией к предельным нагрузкам. Для иллюстрации процедуры мониторинга ниже приведены результаты расчета средних параметров членов исследуемой группы при варьировании артериального давления (рис. 2). Рис. 2. Результаты моделирования артериального давления (числами показано соответствие табличных значений и графических зависимостей). Предоставляемая специалисту результирующая информация «Бланк пациента» имеет вид таблицы и двух диаграмм (рис. 3). Таблица содержит текущие и нормальные значения параметров, а также 10-бальные оценки отклонений от нормы, а также общую осредненную оценку состояния ССС. Нижняя диаграмма содержит параметры тонометрии, скорость пульсовой волны, ударный индекс. Показатели гемодинамики пациента (синяя линия) сопоставляются с нормальными значениями (красная линия). Исходя из практики диагностики, предлагается следующая характеризация состояния ССС: общая оценка более 9 баллов является отличной; при оценке ниже 7 баллов требуется обращение к специалисту. Способность пациента воспринимать значительные нагрузки оценивается показателем PWC170. Нормой является значение PWC170, дающее для «идеального» мужчины в возрасте 20 лет оценку 10. В качестве нагрузочного теста при обследовании населения наиболее распространены приседания (30 приседаний в течение 30 с), что считается эквивалентным работе 30 кДж. Источники энергообеспечения организма делятся на алактатные, анаэробные большой мощности краткого действия, аэробные максимальной длительности ограниченной мощности; лактатные значительной мощности и длительности, действующие после исчерпания алактатных источников и недостатке аэробных. Боль в мышцах является признаком большой доли лактатных источников энергообеспечения. При резком возрастании нагрузки значительная доля энергии вырабатывается не аэробным источниками с ограниченным потреблением кислорода. По окончании нагрузки дополнительное потребление кислорода необходимо для утилизации лактата и регенерации алактатных источников энергии. Дополнительное потребление кислорода вызывается увеличением содержания адреналина, также сопровождаемое ростом вязкости крови и блокировки части сфинктерных артериальных сосудов (изменяется общий приведенный диаметр). Параметр «Уровень стрессовой нагрузки» в программе БИОДИС отражает названные причины отклонений в потреблении кислорода. Рис. 3. Представление результатов биомеханической диагностики для специалиста. Отсутствие средств комплексной биохимической и биофизической диагностики органов сердечно-сосудистой системы в большинстве медучреждений, медицинских и спортивных ВУЗах, а также спортивных учреждениях ограничивает объем данных для выявления патологии сердечно-сосудистой системы, оценки трудоспособности и оптимизации режимов тренировок спортсменов, а также полезных в плане обучения студентов соответствующих специальностей. Предлагаемый биомеханический подход играет роль дополнительного источника информации «с правом совещательного голоса», позволяя получить хотя бы приблизительные оценки параметров гемодинамики с учетом индивидуальных особенностей пациента, оказывающих влияние на принятую в медицине норму, в частности, содержания гемоглобина в крови. Разработанное автоматизированное средство диагностики может быть интегрировано в существующие системы телемедицины и приборы для индивидуального контроля гемодинамики (тонометры). Выводы. В плане индивидуального использования представляется, что разработанное диагностическое средство в виде компьютерной программы БИОДИС V2.2 является достаточно наглядным, способствующим заинтересованности обследуемого в систематической самодиагностике и здоровом образе жизни. Круг пользователей расширяется применением разработки в качестве элемента современных информационных технологий (информационные базы данных, телемедицина, WEB-сервисы и интернет-консультации). Программное обеспечение БИОДИС может быть использовано в медицинских вузах для иллюстрации учебного материала междисциплинарного характера (биомеханика, биофизика, медицинская техника, информационные технологии). Анализ получаемой диагностической информации и совершенствование гемодинамической модели в процессе использования способствует постепенному повышению точности расчетных оценок. Естественно, окончательное решение о методе лечения сердечно-сосудистой патологии остается за специалистом-кардиологом, с обязательным привлечением клинического опыта и результатов традиционных методов диагностики. Данная процедура дополняет обычно используемые в медицинской практике инструментальные методы диагностики состояния сердечно-сосудистой системы. Помимо первичного контроля трудоспособности ряда категорий работающих с высокими психофизическими нагрузками (военнослужащие, работники МЧС, летный состав, водители автотранспортных предприятий, диспетчеры, спортсмены и др.), биомеханический анализ по данным тонометрии позволяет оперативно и без существенных затрат получить полезную информацию о причинах патологии сердца и сосудов, а также выявить адаптационные возможности сердечно-сосудистой системы.