БИОФИЗИКА, 2023, том 68, № 1, с. 150-159

МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА

УДК 612.16:616.8-008.615-053.9

О ВОЗМОЖНОСТИ НЕИНВАЗИВНОГО ИЗУЧЕНИЯ ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ

МЕХАНИЗМОВ АВТОНОМНОЙ РЕГУЛЯЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ

СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА

К.В. Соболь*, С.И. Сороко*, И.В. Шемарова*

*Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН,

просп. Тореза, 44, Санкт-Петербург, 194223, Россия

^#E-mail: nesterov@iephb.ru

Поступила в редакцию 02.09.2022 г.

После доработки 26.09.2022 г.

Принята к публикации 27.09.2022 г.

Оценена возможность применения разработанного метода артериальной пьезопульсометрии для

неинвазивного изучения особенностей функционирования периферических механизмов автоном-

ной регуляции сердечно-сосудистой системы у пациентов, отличающихся по возрасту и состоянию

своего здоровья. Акцентируется значимость определения вариабельности параметров пульсовых

волн артериального давления крови в качестве меры оценки участия и роли компонентов нейроэн-

докринного (симпато-адреналового) эфферентного звена в формировании быстрой и хорошо регу-

лируемой ответной реакции системной гемодинамики, использующей в качестве эффекторов

миоциты левого желудочка сердца. Обсуждается целесообразность персонализированного исполь-

зования метода артериальной пьезопульсометрии при пульсометрической диагностике функцио-

нального состояния и характера автономной регуляции функций сердечно-сосудистой системы у

пациентов для раннего выявления патологических состояний и нарушений деятельности перифе-

рических механизмов, обеспечивающих адекватное кровоснабжение у человека.

Ключевые слова: автономная регуляция сердца, вариабельность, спектральный анализ.

DOI: 10.31857/S0006302922060179, EDN: OBHEKE

ного функционирования этих механизмов нару-

Заболевания сердечно-сосудистой системы

шает соответствие системного кровотока потреб-

(ССС) находятся на первом месте среди причин

ностям организма в кислороде и питательных

смертности населения в развитых странах мира.

веществах и снижает сложившуюся в процессе

При естественном старении организма человека в

эволюции человека способность его функцио-

условиях воздействия на него патофизиологиче-

нальных систем к саморегуляции и адаптации к

ских факторов функциональное состояние этой

непрерывно изменяющимся условиям среды.

системы постепенно ухудшается. Важнейшую

Поэтому еще со времен древней китайской меди-

роль в жизнеобеспечении его организма играют

цины большое внимание уделялось пульсовой

механизмы автономной (вегетативной и эндо-

диагностике как основе неинвазивного контроля

кринной) регуляции ССС. Ухудшение нормаль-

за состоянием здоровья человека при его лече-

нии. С этой целью в мире постоянно совершен-

Сокращения: ССС

- сердечно-сосудистая система, ствуются и разрабатываются новые способы

ПАДК - пульсовое артериальное давление крови, ЛЖС -

функциональной диагностики, выявляющие па-

левый желудочек сердца, Vpp - скорость роста пульсового

тофизиологические изменения ССС на ранних

давления крови, АПП - артериальная пьезопульсометрия,

стадиях развития, еще в отсутствие клинической

АДК - артериальное давление крови, VmaxPP - макси-

мальная скорость прироста пульсового давления крови, картины, когда возможна наиболее эффективная

RW - отраженная волна, PPn - нормализованное пульсо-

терапия.

вое давление крови, TNN - длительность кардиоцикла,

Методом, сочетающим в себе простоту и точ-

AIx - индекс аугментации, HF - высокочастотный диапа-

зон, LF - низкочастотный диапазон, ULF - ультранизко- ность неинвазивной оценки получаемой инфор-

частотный диапазон, ГК - гуморальные катехоламины,

мации, является компьютерная пульсометриче-

ВНС - вегетативная нервная система, *TP_f - спектральная

мощность колебаний параметров волны ПАДК, ЧСС - ча-

ская диагностика ССС. Среди вариантов этого

стота сердечных сокращений.

метода наиболее распространенными стали спо-

150

О ВОЗМОЖНОСТИ НЕИНВАЗИВНОГО ИЗУЧЕНИЯ

151

собы, использующие регистрацию колебаний

циентов, полученные результаты по частям опуб-

объема пульсовых волн артериального давления

ликованы в центральных научных журналах и

крови (ПАДК) - «объемная сфигмография» [1].

представлены на разных форумах. Возникла не-

Плетизмографический датчик устанавливается

обходимость собрать их вместе и в виде новых

на поверхности пульсирующего участка тела над

биотехнологических наработок изложить их в

близко прилегающей артерией. Однако регистри-

разделе «Материалы и методы» соответствующе-

руемый при этом сигнал включает дополнитель-

го научного журнала, акцентируя новые диагно-

ную составляющую, обусловленную колебания-

стические возможности метода артериальной

ми капиллярного и венозного кровенаполнения,

пьезопульсометрии (АПП). Такие исследования

а также неуправляемыми изменениями объема

открывали перспективу неинвазивного изучения

структурных компонентов тканей, находящихся

физиологических механизмов, участвующих в

между пульсирующей артерией и прижатым дат-

обеспечении оптимального и устойчивого дина-

чиком. Это сглаживает контур графика волны

мического равновесия кровоснабжения органов

ПАДК, что снижает точность анализа и информа-

и тканей обследуемых лиц. В данной работе рас-

тивность метода. Литературные и наши собствен-

сматриваются и анализируются основные резуль-

ные данные показали перспективность использо-

таты, полученные в последнее время нашим кол-

вания для такого анализа технологии дифферен-

лективом в ходе разработки инновационного ме-

циальной сфигмографии

[2]

на основе

тода АПП с целью неинвазивного анализа

пьезодатчиков, что обеспечивало бы более высо-

периферических механизмов автономной регуля-

кую точность диагностики по сравнению с объ-

ции насосной (инотропной) функции ССС у че-

емной сфигмографией. Исходя из этого, нами

ловека.

были разработаны новые пульсометрические

способы (Патенты РФ на изобретения, 2006-

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2020 гг.; руководитель и основной разработчик -

д.б.н. В.П. Нестеров) неинвазивного изучения

Обследовано более 140 условно здоровых (без

функционального состояния ССС и характера ее

патологии ССС в анамнезе) мужчин и женщин в

регуляции у человека. Важным постулатом для

возрасте 18-86 лет в нормальных условиях физи-

нас при этом было то, что нагнетательная функ-

ческого и эмоционального покоя. Было выполне-

ция сердца, обеспечивающая адекватное крово-

но более 220 сеансов спектрального анализа, в

снабжение органов и тканей у пациента, опреде-

каждом из которых регистрация длилась (в ос-

ляется не только центральным нервным контро-

новном) от 5 до 10 мин после предварительного

лем, но и зависит от характера регуляции

отдыха. При анализе параметров волны ПАДК

сократительной способности и активности мы-

оценивали и функциональное состояние ССС, и

шечных эффекторов ССС - в основном кардио-

активность периферических механизмов ее авто-

миоцитов левого желудочка сердца (ЛЖС). При

номной регуляции у пациентов. При таком обсле-

этом учитывали, что сократительные характери-

довании в одну сессию регистрации анализирова-

стики мышечных эффекторов не только отража-

лось до 300-800 пульсовых волн артериального

ют особенности возбуждения со стороны эффе-

давления крови (АДК), что обеспечивало необхо-

рентного звена системы автономной (нейрогумо-

димую статистическую точность усредненного

ральной) регуляции, но и сами количественно

результата спектрального анализа. Результаты

отражаются в величинах функциональных пара-

индивидуальных анализов объединяли в соответ-

метров пульсовых волн артериального давления

ствующие возрастные группы и в них определяли

крови. Существенным являлось и то, что диффе-

средние значения для выявления возрастной или

ренциальная функция скорости роста пульсового

гендерной специфики анализируемых пара-

давления крови (Vpp) от аргумента t не зависела

метров.

от неуправляемых колебаний объема тканей под

В основе метода АПП лежат разработанные

датчиком. Эти и другие представления легли в ос-

нами компьютерный комплекс дифференциаль-

нову нашего выбора дифференциальной сфигмо-

ной сфигмографии и соответствующие алгорит-

графии как перспективного аналитического спо-

мы, способы и устройства. Аппаратную базу этого

соба, на основе которого можно было разработать

комплекса составляют два синхронно функцио-

новую версию неинвазивного метода для оценки

нирующих пьезокерамических датчика и адап-

in vivo функциональных характеристик кардио-

тер-преобразователь, осуществляющий интер-

миоцитов ЛЖС, а также выявления специфики

фейс между ними и персональным компьютером.

формирования активности периферических ме-

Пьезодатчики непосредственно преобразовыва-

ханизмов автономной регуляции мышечных эф-

ют локальные механические толчки пульсирую-

фекторов ССС у человека. К настоящему момен-

щих артерий в электрические сигналы, которые

ту времени завершен определенный этап

регистрируются графически в виде кривых ско-

НИОКР, накоплен опыт проведения обследова-

рости пульсового изменения величины АДК в

ния разных по возрасту и состоянию здоровья па-

прилегающих к датчикам артериальных сосудах.

БИОФИЗИКА том 68

№ 1

2023

152

НЕСТЕРОВ и др.

клинической больнице РАН. Испытания показа-

ли, что данный метод неинвазивно и достоверно

оценивает параметры пульсовых волн АДК у че-

ловека и не оказывает негативного воздействия

на его организм.

Разработанное программное обеспечение ви-

зуализирует локальные изменения ПАДК в виде

волновых графиков дифференциальных пьезо-

пульсограмм и осуществляет непрерывную за-

пись, преобразование, математическую обработ-

ку и отображение результатов на мониторе персо-

нального компьютера. На рис. 1а для сравнения

приведены графики основных рассматриваемых

пульсометрических методов - дифференциаль-

ной сфигмографии (рис. 1a, I) и объемной сфиг-

мографии (рис. 1a, II), где по оси Y отложены зна-

чения амплитуды волн ПАДК в усл. ед., а по

оси Х - время t в мс. На рис. 1б представлен гра-

фик зависимости скорости Vpp (мм рт. ст./с) из-

менения величин параметров волны ПАДК от t.

Величина ПАДК = РР = САД - ДАД, где РР -

англ. «pulse pressure», САД - систолическое, а

ДАД - диастолическое АДК. График дифферен-

циальной пьезопульсограммы является первой

производной графика зависимости Vpp от t

(Vpp = dPР/dt). Это определяет математически

однозначное расположение на графике расчет-

ной точки А как точки начала фазы изгнания кро-

ви, соответствующей моменту открытия аорталь-

ного клапана. В этой точке величина ПАДК равна

диастолическому артериальному давлению кро-

ви, что позволяет провести через эту точку гори-

зонтальную (нулевую) изолинию, определяющую

площадь под или над кривой графика и отражаю-

щую прирост или уменьшение артериального

давления крови в левом желудочке сердца. Ис-

пользуется принятая в медицине размерность ар-

териального давления - мм рт. ст. График диф-

ференциальной пьезопульсограммы каждого

кардиоцикла имеет вид волнообразного контура с

характерными перегибами и пересечениями с ну-

левой линией, что позволяет с более высокой точ-

ностью по сравнению с объемной сфигмографи-

ей анализировать динамику амплитудно-времен-

Рис. 1. (a) - График дифференциальной пьезопульсо-

ных параметров таких графиков на основе

граммы (I) и соответствующая сфигмограмма (II), за-

разработанных устойчивых компьютерных алго-

регистрированные с a. radialis испытуемого M. (82 го-

ритмов выделения расчетных точек. На рис. 1б

да); точка E - момент закрытия аортального клапана.

представлен вариант расстановки расчетных то-

По оси ординат - амплитуда волн ПАДК, усл. ед.

чек на дифференциальном графике пульсовой

(б) - График усредненного кардиоцикла с расчетны-

волны АДК, используемый в нашей работе [3].

ми точками, заштрихованная часть - накладка отра-

В качестве универсального параметра исполь-

женной волны RW. (в) - Вспомогательный график,

вертикальный разброс точек В отражает вариабель-

зуется точка В абсолютного положительного экс-

ность параметра VmaxPP. Основа рисунков взята из

тремума на графике дифференциальной пьезо-

работы [3].

пульсограммы. Амплитуда этой точки оценивает

максимальную скорость роста систолической

волны ПАДК - VmaxPP. Эта величина не зависит

Опытные образцы этого комплекса прошли кли-

от изменений объема тканей под датчиком и на

нические испытания в НМИЦ им. В.А. Алмазова

эту точку никогда не накладывается отраженная

Минздрава РФ, а также в Санкт-Петербургской

от общего сосудистого сопротивления обратная

БИОФИЗИКА том 68

№ 1

2023

О ВОЗМОЖНОСТИ НЕИНВАЗИВНОГО ИЗУЧЕНИЯ

153

(отраженная) волна (RW, reflected wave), соответ-

PPn) в соответствующих им единицах измерения

ствующая заштрихованной площади на рис. 1б).

(мм рт. ст.). Аналогично, используя вычислен-

Эти свойства точки В позволяют наиболее точно,

ную значимость единиц «оцифровки», оценивали

неинвазивно и удобно оценивать сократительную

величины параметров VmaxPP (в мм рт. ст./с) для

способность миокарда ЛЖС по ординате этой

дальнейших исследований. Эти параметры после

точки, а по ее абсциссе — момент достижения

калибровки использовали в качестве физиологи-

наибольшей скорости роста величины Vpp. Точка

ческих индикаторов или маркеров, которые рас-

С - момент достижения максимальной величины

сматривались с целью выявления возможных

нормализованного пульсового давления крови

признаков возникновения риска сердечно-сосу-

(PPn) в фазу изгнания крови из ЛЖС, если пло-

дистых заболеваний.

щадь CG ≤ 0; точка D - момент развития макси-

При оценке показателей гемодинамики ис-

мальной скорости снижения величины ПАДК на

пользовали только положительные величины ауг-

катакротическом участке пульсовой волны, кото-

ментации волны ПАДК (над изолинией). Это

рая, как можно видеть на рис. 1a и 1б, сначала вы-

уточняло смысл определения индекса аугмента-

равнивается с величиной АДК на входе в аорту

ции (AIx = RW·100/PP, %), как показателя, кото-

(нижний экстремум), а затем из-за превышения

рый указывает на сколько процентов в среднем

АДК в аорте над внутрижелудочковым АДК в на-

увеличивается каждая нормализованная волна

чале фазы расслабления ЛЖС створки аортально-

ПАДК (PPn) из-за наложения на нее RW. Верти-

го клапана начинают закрываться до момента его

кальный разброс (вариабельность) расчетных то-

полного перекрытия, который обозначен нами

чек В на графиках, сложенных по одной и той же

точкой E (принято считать, что этот момент соот-

абсциссе (pис. 1в), отражает активность механиз-

ветствует инцизуре на графике сфигмограммы,

мов системы регуляции величины VmaxPP. Гори-

как на рис. 1а, что совпадает с нашими данными).

зонтальный разброс точек В на графиках, сло-

Момент, обозначенный точкой Е, наиболее бли-

женных таким же образом, но по одной и той же

зок к точке пересечения линии графика анакро-

ординате, отражает вариабельность сердечного

тического подъема дикротической волны с нуле-

ритма (рассчитывается по величине TNN). Вари-

вой изолинией; F - момент достижения макси-

абельность этих параметров оценивали посред-

мальной скорости прироста дикротической

ством измерения спектральной мощности коле-

волны АДК; G - момент достижения максималь-

баний точки B по частотным диапазонам, реко-

ной величины ПАДК (PP) в фазу изгнания крови

мендованным международными стандартами для

из ЛЖС, если интеграл площади CG > 0. В этом

оценки вариабельности сердечного ритма. При

случае ПАДК из-за наложения RW увеличивается

этом исходили из собственных, а также ранее

относительно нормализованной величины (PPn)

установленных данных литературы, свидетель-

на долю, пропорциональную RW в процентах, что

ствующих о сходстве волновой структуры колеба-

учитывается при компьютерной калибровке сиг-

ний TNN и ПАДК [5].

нала с помощью сфигмоманометра. Интервал

Анализировали частотные диапазоны, связан-

B-В (аналог RR-интервала комплексов QRS при

ные с разными звеньями системы автономной ре-

электрокардиографии) в данной работе в соответ-

гуляции: высокочастотный диапазон (Д-HF,

ствии с международными стандартами [4] назы-

0.15-0.4 Гц), отражающий мощность колебаний

вается длительностью кардиоцикла (TNN), а

дыхательных волн; низкочастотный диапазон

ошибка его определения равна ±1 мс при частоте

(Д-LF, 0.04-0.15 Гц), отражающий мощность ко-

дискретизации сигнала 1 кГц. Все сказанное сви-

лебаний вазомоторных волн с частотой близкой к

детельствует о высокой точности метода АПП

0.1 Гц, и ультранизкочастотный диапазон

при анализах колебаний параметров пульсовых

(Д-ULF, 0.003-0.04 Гц), отражающий мощность

волн АДК, отражающих функционирование ре-

колебаний параметров наиболее медленных волн

гуляторных систем, поддерживающих необходи-

ПАДК, который обычно связывают с психоэмо-

мый уровень артериальной гемодинамики у па-

циональными воздействиями. В Д-ULF реализу-

циентов. Соотнося измеренную сфигмоманомет-

ется регуляторная активность гуморальных ка-

ром величину ПАДКсф (= САДсф - ДАДсф),

техоламинов (ГК) - адреналина и норадренали-

которая включает и возможную добавку RW к

на, выделяющихся из мозгового вещества коры

ПАДК, со средней величиной пульсового давле-

надпочечников и воздействующих на те же адре-

ния крови, вычисленной в этот же период путем

норецепторы миоцитов ССС, на которые дей-

интегрирования по площади АВС при CG ≤ 0 или

ствует и нейромедиатор симпатических эффе-

АВG при CG > 0, (при наложении RW на волну

рентных нервных волокон. ГК высвобождаются,

ПАДК) в условных единицах компьютерной

как мы полагаем, в виде порций определенного

«оцифровки», определяли калибровочный коэф-

количества молекул, которые условно можно для

фициент пропорциональности. С его помощью

краткости назвать «квантами» ГК. Эти «кванты»

единицы «оцифровки» автоматически пересчи-

ГК, не дожидаясь равновесного распределения в

тывали и выражали величину параметра PP (или

крови, сразу взаимодействуют с адренорецепто-

БИОФИЗИКА том 68

№ 1

2023

154

НЕСТЕРОВ и др.

рами миоцитов ССС и волнами с длительностью

метров содержит информацию об активности пе-

от ~33 с до ~6.5 мин усиливают амплитуду колеба-

риферических механизмов системы автономной

ний параметров пульсовых волн АДК. Известный

регуляции. Каждый из выбранных для спектраль-

«очень низкочастотный» Д-VLF (0.03-0.04 Гц),

ного анализа параметров пульсовых волн АДК

не несущий существенной информации, рас-

(*VmaxPP, *PPn и *TNN; отмечены - *) во все

сматривался как пограничная полоса между Д-LF

выделенные периоды жизни обследуемых обла-

и Д-ULF. Поскольку в эту полосу чаще попадали

дает собственным спектром частот колебаний с

крайние фрагменты Д-ULF, диапазоны VLF и

определенной мощностью (*TP_f). Из них с целью

ULF объединяли и анализировали их как единый

более подробного анализа были выделены укоро-

диапазон Д-ULF.

ченные фрагменты *P_f, входящие в виде суммы в

Сердечная недостаточность, возникающая ча-

величины *TP_f, соответствующие принятым ча-

ще при ишемической болезни сердца, является

стотным диапазонам

*P_f(HF),

*P_f(LF) и

основной причиной смерти при патологиях ССС

*P_f(ULF). Вариабельность этих фрагментов, как

и при старении организма человека. При этом

мы полагаем, отражает функционирование опре-

ухудшается функциональное состояние стенок

деленных периферических механизмов важней-

артериальных сосудов из-за развития атероскле-

ших систем автономной регуляции ССС. Разброс

роза, т.е. их уплотнения за счет разрастания со-

их колебаний в границах соответствующих диа-

единительной ткани и сужения просвета сосудов,

пазонов частот дает возможность оценки их

что приводит к увеличению их жесткости (arterial

функциональной активности, отражающей про-

stiffness). Эти изменения сопровождаются ростом

цессы синаптической передачи регуляторных

скорости распространения пульсовой волны

сигналов от окончаний симпатических и пара-

АДК, как по аорте и артериям от сердца (Vao и

симпатических эфферентных волокон вегетатив-

Var, м/с), так и обратно к сердцу (отраженная вол-

ной нервной системы (ВНС), а также сигналов от

на RW). Два синхронно работающих канала в ме-

нейроэндокринной системы, переносимых ГК.

тоде АПП не сложно по выполнению оценивают

Таким образом, спектральная мощность колеба-

эту жесткость по скорости пробега точки B волн

ний каждого из основных выбранных параметров

ПАДК между двумя пьезодатчиками [6]. Такой

(*VmaxPP, *PPn и *TNN) в разработанном методе

способ соответствует «золотому стандарту» при-

АПП представлена как суммарный результат

нятой оценки жесткости стенок артерий. Вариа-

спектрального анализа колебаний фрагментов *P_f

бельность параметров VmaxPP и PPn отражает

внутриклеточные процессы, запускаемые рецеп-

сотен пульсовых волн пьезопульсограммы одного

торами сарколеммы кардиомиоцитов, и на нее в

сеанса регистрации пульса у одного пациента.

норме не влияют колебания волн RW. Основной

При этом вариабельные фрагменты, складываясь

причиной накладки RW на катакроту волны

в своем частотно-временном диапазоне, образу-

ПАДК может быть ее ускоренный возврат по ар-

ют одно общее диаграммное пространство, пло-

териальному сосуду с повышенной жесткостью ее

щадь которого единой величиной оценивает

стенки, вызванной воздействием различных по

функциональную активность конкретного эффе-

природе физиологически активных факторов,

рента. Это обеспечивает высокую точность ана-

что и обеспечивает попадание RW в полость ЛЖС

лизов величин, характеризующих спектральную

еще до полного закрытия аортального клапана.

мощность вариабельности показателей в каждом

Величина RW при этом может служить мерой

диапазоне частот для каждого параметра со своей

оценки аугментации пульсовой волны АДК, ко-

размерностью: *VmaxPP - (мм рт. ст./с)²; *PPn -

торая, наряду с величинами скоростей распро-

(мм рт. ст./с)² и *TNN - мс². В данной работе бы-

странения ПАДК по артериальным сосудам (Vao

ло решено ограничиться анализом параметров,

и Var), также может служить физиологическим

которые непосредственно отражают функциони-

маркером жесткости стенок артерий. Гемодина-

рование механизмов, обеспечивающих формиро-

мические последствия повышения этой жестко-

вание вариабельных контуров пульсовых волн ар-

сти рассматриваются как предикторы сердечно-

териального давления крови, т.е. *VmaxPP и

сосудистых заболеваний (ишемическая болезнь

*PPn. Частотно-временной анализ вариабельно-

сердца, инфаркта миокарда, инсульта и др.) [7].

сти сердечного ритма благодаря широкому и ме-

При спектральном анализе использовали ме-

дицинскому, и коммерческому использованию

тод математического преобразования по Lomb-

методологии ЭКГ очень хорошо изучен и ему по-

Scargle («Lomb-Scargle periodogram») [8]. Этот ме-

священа обширная литература. Поэтому далее

тод позволял более точно по сравнению с распро-

результаты спектрального анализа вариабельно-

страненным методом Фурье («Fast Fourier trans-

сти параметра *TNN обсуждаться не будут. Ос-

form») оценивать участие гуморальных катехола-

новные результаты представлены в виде средней

минов в автономной регуляции ССС у

величины ± стандартная ошибка среднего; о ста-

обследуемых лиц. Это является существенным,

тистической достоверности различий между

поскольку «разброс» величин изучаемых пара-

средними значениями судили по t-критерию

БИОФИЗИКА том 68

№ 1

2023

О ВОЗМОЖНОСТИ НЕИНВАЗИВНОГО ИЗУЧЕНИЯ

155

Cтьюдента, различия считали достоверными при

регуляции нагнетательной функции ССС явля-

p < 0.05.

ются разнонаправленные симпатико-адренало-

вые (+) и холинергические (-) взаимодействия с

соответствующими рецепторами сарколеммы

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

кардиомиоцитов. Сравнительная оценка влия-

Разработка метода пьезопульсометрического

ния изменений возраста на спектральную мощ-

анализа пульсовых волн артериального давления

ность колебаний параметров пульсовых волн

крови дала возможность неинвазивно и количе-

АДК, вызванных этими воздействиями, показа-

ственно оценивать у широкого круга разных па-

ла, что эти результаты отражают многообразие

факторов, влияющих на физико-химическое со-

циентов функциональное состояние и индивиду-

альные особенности автономной регуляции их

стояние сократительных систем мышечных эф-

ССС. Метод АПП в данной статье был применен

фекторов, обеспечивающих уровень кровоснаб-

с целью расширения знаний о функционирова-

жения органов и тканей. Такая причина стано-

нии периферических механизмов эфферентного

вится основанием изменений индивидуальной

звена автономной регуляции функций системы

вариабельности величин параметров волн ПАДК,

кровообращения и изучения специфичности рас-

которые выбраны в качестве физиологических

пределения спектральной мощности вариабель-

маркеров функционального состояния системы

ности параметров пульсовых волн АДК у челове-

автономной регуляции их мышечных эффекто-

ка. Работы в этом направлении были мотивиро-

ров. Следует отметить выявленное в ходе данного

ваны более ранними результатами упрощенного

исследования некоторое осложнение с получени-

контурного анализа волн ПАДК у молодой жен-

ем результатов. С одной стороны, при контурном

щины 20 лет (В.) и у пожилого мужчины 75 лет

анализе волн ПАДК и упрощенном определении

(М.). При регистрации с а. сarotis были получены

величин *TP_f разновозрастных пациентов мы ви-

данные: у В. - частота сердечных сокращений

дим явные и направленные тенденции возраст-

(ЧСС) равна 75 уд/мин, AIx = 13.6 ± 4.5%,

ных изменений спектральной мощности колеба-

VmaxPP = 339 ± 33 мм рт. ст./с и у М. - ЧСС =

ний (или соответствующей функциональной ак-

= 55 уд/мин, AIx = 26.3 ± 2.3%, VmaxPP = 626 ±

тивности) окончаний эфферентов. С другой

± 25 мм рт. ст./с. Видно, что сниженный (по

стороны, из-за невозможности усреднить спек-

сравнению с девушкой) сердечный ритм у пожи-

тральные мощности вариабельности *P_fи *TP_f и

лого М. сопровождается статистически значимы-

выполнить стандартную статистическую обра-

ми повышениями величин AIx и VmaxPP. С уче-

ботку, мы сталкиваемся с ограничениями из-за

том этих результатов был проведен дополнитель-

большого разброса регистрируемых эксперимен-

ный сравнительный контурный анализ

тальных величин. Все это убеждает в целесооб-

сократительных характеристик пульсовых волн

разности применения метода АПП в условиях

АДК у расширенного состава лиц разного возрас-

персонализированного обследования пациентов.

та и пола [9]. Результаты этого анализа показали,

О специфичности индивидуального распределе-

что гендерный и возрастной факторы проявляют-

ния и уровнях функциональной активности регу-

ся в виде лишь не ярко выраженных тенденций

лирующих эфферентных окончаний ВНС и гумо-

при сопоставлении средних величин их пульсо-

ральных катехоламинов, выделяющихся из коры

вых параметров (величины VmaxPP, PPn и др. у

надпочечников, наглядно свидетельствуют полу-

мужчин были несколько выше, чем у равновоз-

ченные результаты, представленные в табл. 1 и 2.

растных женщин), но их различия при стандарт-

В табл. 1 можно видеть средние значения величин

ном (5-10 мин) обследовании оставались стати-

спектральной мощности колебаний показателей

стически недостоверными (p > 0.05). Поэтому в

*TP_f, суммарно отражающих вариабельность

данной работе, с учетом вышеизложенного, в

фрагментов *P_f и характеризующих функцио-

каждом частотном и возрастном диапазоне ре-

нальную активность параметров *VmaxPP и *PPn

зультаты оценки параметров пульсовых волн

трех разных возрастных этапов жизни пациентов.

АДК обследованных женщин и мужчин для по-

Обращает на себя внимание пониженная функ-

вышения репрезентативности объединяли в одни

циональная активность эфферентных окончаний

группы.

ВНС и ГК коры надпочечников, воздействующих

Регуляция сокращений миоцитов ЛЖС, обес-

на соответствующие рецепторы кардиомиоцитов

печивающих инотропную и, в целом, насосную

ЛЖС у пациентов наиболее старшей (III) группы,

функцию сердца, в значительной степени опре-

и сходство характера распределения повышен-

деляется активацией их сарколеммальных β1-ад-

ных активностей этих же эфферентов, воздей-

рено- и М-холинорецепторов эфферентами

ствующих на те же рецепторы мышечных эффек-

ВНС, а также катехоламинами, выделяющимися

торов в более молодых группах (I и II этапы).

из мозгового вещества коры надпочечников. Это

позволяет предполагать, что у человека основны-

Общее представление, сформированное на ос-

ми периферическими механизмами автономной

нове усредненных результатов изучения характе-

БИОФИЗИКА том 68

№ 1

2023

156

НЕСТЕРОВ и др.

Таблица 1. Результаты спектрального анализа параметров пульсовых волн АДК (a. carotis) (возрастная групповая

зависимость)

Возрастные

I этап (18-30 лет)

II этап (31-65 лет)

III этап (66-86 лет)

этапы/Показатели

(n = 27)

(n = 29)

(n = 18)

*VmaxPP, (мм рт. ст./с)²

*TP_f

398 ± 28

389 ± 23

337 ± 43

*P_f (ULF)

125 (31%)

133 (34%)

127 (38%)

*P_f (LF)

99 (25%)

90 (23%)

62 (18%)

*P_f (HF)

176 (44%)

166 (43%)

147 (44%)

*PPn, (мм рт. ст.)²

*TP_f

401 ± 35

393 ± 21

359 ± 36

*P_f (ULF)

93 (23%)

108 (27%)

107 (30%)

*P_f (LF)

95 (24%)

82 (21%)

62 (17%)

*P_f (HF)

212 (53%)

203 (52%)

190 (53%)

Примечание. n - Число обследованных пациентов; *P_f - спектральные мощности колебаний фрагментов, входящих в

соответствующие частотные диапазоны, и выраженные в относительных процентах от величин *TP_f. Полужирным

начертанием выделены величины *TP_f и *P_f с наибольшей вариабельностью в абсолютных значениях среди возрастных

периодов.

ра распределения функциональной активности

ритм, необходимый для поддержания оптималь-

компонентов эфферентного звена, возбудило ин-

ной гемодинамики, проявляют эфференты сим-

терес к изучению возрастной зависимости харак-

патического отдела ВНС (диапазон *P_f(LF)). Дру-

теристик индивидуальной вариабельности функ-

гая картина складывается при рассмотрении ве-

циональной активности эфферентных оконча-

личин показателей характерных для следующей

ний ВНС и ГК надпочечников, воздействующих

по возрасту группы обследуемых (31-65 лет). Для

на рецепторы кардиомиоцитов ЛЖС. В табл. 2

женщины 50 лет из этой группы характерным яв-

показаны результаты обследования отдельных

ляется повышенная величина регуляторной ак-

испытуемых разного возраста. У них по величи-

тивности угнетающего трансмиттера парасимпа-

нам *P_f оценивали спектральную мощность вари-

тического эфферента, действующего на М-холи-

абельности отдельных фрагментов, составляю-

норецепторы (*P_f(HF)) миоцитов ЛЖС. В этой

щих общую величину *TPf. Можно видеть, что да-

же возрастной группе был выделен также мужчи-

же при случайном и единичном выборе

на 50 лет для расширения знаний об особенно-

испытуемых обнаруживается определенная тен-

стях регуляции параметров ПАДК в самой боль-

денция направленного возрастного снижения

шой по численности обследуемой группе. Было

спектральной мощности колебаний показателя

выполнено более 15 сессий регистрации его пьез-

*TP_f, характеризующего вариабельность пара-

опульсограмм для наибольшей точности и надеж-

метров *VmaxPP и *PPn пульсовых волн АДК па-

ности оценки активности механизмов системы

циентов. Тем не менее, сохраняется желатель-

автономной регуляции параметров пульсовых

ность использования персонализированного

волн АДК. Представленные комплекты из трех

подхода при систематическом проведении анали-

величин *P_f наиболее близко отражают вариа-

зов автономной регуляции функций ССС у чело-

бельность средних величин показателей его пуль-

века неинвазивным методом АПП. В заключение

сограмм. Можно видеть, что для его системы ав-

можно прокомментировать представленные в

тономной регуляции мышечных эффекторов

табл. 2 результаты персонального обследования

ССС является характерным поддержание повы-

ряда участников нашего исследования.

шенной активности симпатического

(*P_f(LF),

51% от *TP_f) и парасимпатического (*P_f(HF), 45%

Вначале помещены результаты спектрального

анализа вариабельности параметров *VmaxPP и

от *TP_f) эфферентов ВНС. Можно считать это от-

*PPn пульсовой волны АДК пациентки младшей

ражением воздействия высокой активности сим-

группы (20 лет). Можно видеть, что наибольшую

патических эфферентов на β1-адренорецепторы

активность, обеспечивающую характерный для

миоцитов его ЛЖС и защитной реакции со сторо-

ее возраста высокий эмоциональный сердечный

ны HF-эфферентов, угнетающих эффекты LF-

БИОФИЗИКА том 68

№ 1

2023

О ВОЗМОЖНОСТИ НЕИНВАЗИВНОГО ИЗУЧЕНИЯ

157

Таблица 2. Результаты спектрального анализа параметров пульсовых волн АДК (a. carotis) (возрастная

индивидуальная зависимость)

Показатели /

*TP_f

*P_f(ULF)

*P_f(LF)

*P_f(HF)

Обследуемые

*VmaxPP, (мм рт. ст./c)²

Ж., 20 лет

555

114 (21%)

329 (59%)

112 (20%)

Ж., 50 лет

432

117 (27%)

112 (26%)

202 (47%)

М., 50 лет

330

96 (29%)

169 (51%)

65 (20%)

Ж., 57 лет

348

257 (74%)

49 (14%)

42 (12%)

Ж., 70 лет

245

123 (50%)

68 (28%)

54 (22%)

М., 85 лет

202

96 (48%)

14 (6%)

92 (46%)

*PPn, (мм рт. ст.)²

Ж., 20 лет

539

82 (16%)

339 (64%)

112 (20%)

Ж., 50 лет

390

140 (36%)

81 (21%)

169 (43%)

М., 50 лет

304

61 (20%)

107 (35%)

136 (45%)

Ж., 57 лет

370

255 (69%)

44 (12%)

71 (19%)

Ж., 70 лет

308

126 (41%)

94 (31%)

88 (29%)

М., 85 лет

238

100 (42%)

30 (13%)

108 (45%)

Примечание. *P_f - спектральные мощности колебаний фрагментов, входящих в соответствующие частотные диапазоны, и

выраженные в относительных процентах от величин *TP_f. Полужирным начертанием выделены величины *P_f с наибольшей

вариабельностью среди фрагментов, составляющих в сумме соответствующие величины *TP_f (100%) у обследуемых

пациентов.

эфферентов. В результате у него наблюдается не-

тов ВНС, но высокая активность ультранизких

стабильное периодическое повышение ЧСС (до

(ГК; *P_f(ULF), 42% от *TP_f) и высокочастотных

85 уд/мин). В этой же группе была выбрана еще

(парасимпатических эфферентов;*P_f(HF), 45% от

одна женщина (57 лет), которая обратила на себя

*TP_f) регулирующих трансмиттеров, воздейству-

внимание тем, что у нее возбуждающим регуля-

ющих на соответствующие параметры пульсовых

торным механизмом уже много лет оставалось

волн АДК. Такое соотношение активностей ком-

практически только эндокринное воздействие гу-

понентов периферического эфферентного звена,

моральных катехоламинов (*Pf(ULF), 69% от

видимо, было необходимо для поддержания оп-

*TP_f). С этим связано и то, что для нее был харак-

тимальных условий сокращения миокарда его

терен высокий ритм сокращений сердца

ЛЖС. Спектральный анализ вариабельности

(ЧСС = 86 уд/мин) при пониженной активности

фрагментов стандартных частотных диапазонов,

эфферентов ВНС. Эту же женщину пригласили

выполненный в настоящей работе, впервые был

через 13 лет вновь стать добровольцем и войти в

применен нами при анализе у этого же пожилого

старшую возрастную группу в качестве одного из

мужчины эффекта стрессового воздействия

примеров. Как показали результаты, увеличение

острой травматической боли на функциональную

ее возраста существенно не изменило характер

активность системы автономной регуляции мы-

распределения функциональной активности ее

шечных эффекторов ССС [10].

периферических механизмов регуляции парамет-

Анализ полученных результатов показал, что

ров пульсовых волн АДК. По-прежнему ее основ-

характер распределения средних величин, отра-

ным возбуждающим регуляторным воздействием

жающих колебания функциональной активности

оставалась регуляция в ультранизком частотном

компонентов периферического эфферентного

диапазоне (*P_f(ULF), 41% от *TP_f ), при этом со-

регуляторного звена при использованном коли-

хранялись высокий ритм сокращений сердца

честве испытуемых, отличается от закона нор-

(ЧСС

уд/мин) и низкое АДК

мального распределения Гаусса-Лапласа. Воз-

(86/57 мм рт. ст.). В старшую возрастную группу в

можно, это является причиной затруднений при

качестве примера был включен 85-летний мужчи-

применении методов статистической обработки

на. Для него характерными были низкая (*P_f(LF),

результатов, но дает возможность получения ре-

13% от *TP_f) активность симпатических эфферен- альных оценок «online» распределения активно-

БИОФИЗИКА том 68

№ 1

2023

158

НЕСТЕРОВ и др.

сти эфферентов во всех частотных диапазонах,

БЛАГОДАРНОСТИ

что повышает достоверность функциональной

диагностики. Можно предположить, что нейро-

Авторы выражают глубокую благодарность

всем коллегам за бескорыстную помощь в сборе

гуморальные трансмиттеры сразу, по-видимому,

не дожидаясь локального равновесного распреде-

необходимой пульсометрической информации.

ления, активируют сарколеммальные β1-адрено-

и М-холинорецепторы, вызывая разные по спек-

тральной мощности колебаний пиковые сократи-

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

тельные ответы кардиомиоцитов ЛЖС. Это поз-

Работа выполнена в рамках Государственного

воляет сделать вывод о правильности выбора ме-

задания № 075-0152-22-00.

тода АПП для неинвазивного анализа

периферических механизмов регуляции функций

ССС у обследуемых. При этом следует сказать,

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

что наибольших успехов при проведении этих

анализов добивались, применяя персонализиро-

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

ванный подход к обследованию пациентов. Мож-

интересов.

но видеть, что результаты индивидуального спек-

трального анализа помогают выявлять специфи-

ческое участие отдельных компонентов в общем

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

периферическом механизме автономной регуля-

ции ССС, обеспечивающей адекватное функцио-

Исследование было проведено без риска для

нирование системы кровообращения у человека.

здоровья людей с соблюдением всех принципов

гуманности и этических норм (Хельсинкская де-

кларация WMA, 2013 г.). Все добровольцы дали

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

информированное согласие на участие в исследо-

ваниях.

С помощью инновационного метода артери-

альной пьезопульсометрии получены новые

результаты, свидетельствующие о возможности

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

неинвазивного изучения особенностей функци-

онирования периферических механизмов авто-

1. Н. Р. Палеев и И. М. Каевицер, Атлас гемодинами-

номной регуляции сердечно-сосудистой системы

ческих исследований в клинике внутренних болезней

у пациентов, отличающихся по возрасту и состо-

(Медицина, М., 1975).

янию своего здоровья. Расширение масштаба ис-

2. В. С. Логвинов, в кн. Пульсовая диагностика ти-

пользования метода АПП с использованием

бетской медицины, под ред. Ч. Ц. Цыдыпова (Нау-

спектрального анализа вариабельности парамет-

ка, Новосибирск, 1988), сс. 90-108.

ров пульсовых волн артериального давления кро-

ви может способствовать развитию новых спосо-

3. В. П. Нестеров, А. И. Бурдыгин, С. В. Нестеров

бов неинвазивной диагностики участия и роли

и др., Журн. эволюц. биохимии и физиологии, 55

компонентов периферического нейрогумораль-

(6), 433 (2019).

ного эфферентного звена в формировании быст-

4. Heart Rate Variability: Standards of Measurement, Phys-

рой и хорошо регулируемой ответной реакции

iological Interpretation, and Clinical Use, Circulation, 3

системной гемодинамики, использующей в каче-

(6), 1043 (1996).

стве эффекторов кардиомиоциты ЛЖС и обеспе-

чивающей запрос организма пациента об адек-

5. J. A. Taylor and D. L. Eckberg, Circulation, 93 (8),

ватном удовлетворении потребностей его органов

1527 (1996).

и тканей в кислороде и питательных веществах.

6. В. П. Нестеров, А. И. Бурдыгин и С. В. Нестеров,

Сравнительное исследование показало, что для

Физиология человека, 43 (6), 54 (2017).

каждого обследуемого пациента становится воз-

можным выполнение неинвазивного анализа

7. W. N. Wilmer, J. D. Scott, I. B. Wilkinson, et al., J.

специфических для него периферических меха-

Clin. Hyperten. 10 (4), 295 (2008).

низмов автономной регуляции ССС, необходи-

мых для формирования диагностического заклю-

8. J. H. Skotte and J. Kristiansen, Biomed. Eng. Online,

чения о функциональном состоянии системы его

13, 138 (2014).

кровообращения и об относительном участии и

9. В. П. Нестеров, А. И. Бурдыгин, К. Б. Иванов и др.,

роли эфферентных волокон ВНС и эндокринных

Успехи геронт. 33 (1), 74 (2020).

гуморальных катехоламинов в регуляторном воз-

действии на β1-адрено- и М-холинорецепторы

10. В. П. Нестеров, А. И. Бурдыгин, К. Б. Иванов и др.,

сарколеммы кардиомиоцитов ЛЖС.

Успехи геронт. 34 (6), 870 (2021).

БИОФИЗИКА том 68

№ 1

2023