способ оценки ауторегуляции мозгового кровотока

Формула изобретения

Способ оценки ауторегуляции мозгового кровотока, включающий определение скорости кровотока в средней мозговой артерии методом транскраниальной допплерографии, отличающийся тем, что регистрируют линейную скорость кровотока (ЛСК) и диаметр средней мозговой артерии (СМА) в покое и на фоне ингаляции 100%-ным кислородом в течение 2 мин, рассчитывают: коэффициент изменения скорости кровотока по формуле где V₀ - исходная ЛСК, см/с, V₂ - ЛСК через 2 мин ингаляции, см/с; индекс изменения скорости кровотока по формуле где V₀ - исходная ЛСК, см/с, V₂ - ЛСК через 2 мин ингаляции, см/с, Т - время ингаляции, с; коэффициент изменения диаметра по формуле где D₀ - исходный диаметр СМА, мм, D₂ - диаметр через 2 мин ингаляции, мм; индекс изменения диаметра по формуле где D₀ - исходный диаметр СМА, мм, D₂ - диаметр через 2 мин ингаляции, мм, Т - время ингаляции, мин; индекс постгипероксического восстановления по формуле где V₀ - исходная ЛСК в СМА, см/с, V₅ - ЛСК через 5 мин от начала исследования, см/с; ауторегуляторный ответ нормализованный к по формуле где V₀ - исходная ЛСК в СМА, см/с, V₂ -ЛСК через 2 мин ингаляции, см/с, АД₀ - исходное систолическое АД, мм рт.ст., АД₂ - систолическое АД через 2 мин ингаляции, мм рт.ст., и при показателях: мм/мин; оценивают нормальное состояние ауторегуляции мозгового кровотока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, конкретно к инструментальным способам оценки ауторегуляции мозгового кровотока, и может быть использовано в неврологии, кардиологии, нейрохирургии и реаниматологии для диагностики латентной церебрососудистой недостаточности.

Известные способы оценки ауторегуляции мозгового кровотока осуществляются рентгенологическими/радиоизотопными методами (контрастная ангиография, однофотонная эмиссионная, позитронно-эмиссионная и магнитно-резонансная томография) и ультразвуковыми методами (транскраниальная доплерография и дуплексное сканирование) с проведением функциональных нагрузочных тестов.

Основными недостатками рентгенологических/радиоизотопных способов оценки ауторегуляции мозгового кровотока являются: необходимость наличия технически сложного, громоздкого и дорогостоящего оборудования, соответствующих реактивов или препаратов, инвазивность процедуры, лучевая нагрузка на пациента и исследователя, невозможность оценки функционального состояния сосудистого русла [1].

Метод транскраниальной доплерографии (ТКДГ) обеспечивает быструю и неинвазивную регистрацию показателей линейной скорости кровотока (ЛСК) в базальных артериях мозга. В связи с тем, что при постоянном просвете артерии ЛСК пропорциональна объемному кровотоку, она может использоваться в качестве индикатора потока в исследуемом сосудистом бассейне [2]. Для получения информации о состоянии ауторегуляции мозгового кровотока применяются ТКДГ-методики с предъявлением разнообразных нагрузочных тестов [3]. Однако данные способы оценки ауторегуляции мозгового кровотока являются недостаточно точными и объективными, так как используют в качестве нагрузочных тестов воздействия химической природы, несвойственные для системы регуляции мозгового кровообращения (ацетазоламид, нитроглицерин, нимодипин, кетансерин, курантил). Для получения достоверной информации необходимо в качестве функциональных нагрузочных тестов использовать воздействия, имитирующие физиологические стимулы [4], поэтому для оценки ауторегуляции мозгового кровотока, а именно вазоконстрикторной реакции сосудов, целесообразно использовать физиологический раздражитель - кислород, являющийся естественным информационным переносчиком в сосудистой системе.

Наиболее близким к предлагаемому способу оценки ауторегуляции мозгового кровотока является выбранный в качестве прототипа способ оценки ауторегуляции мозгового кровотока, заключающийся в регистрации уменьшения пиковой систолической скорости кровотока в средней мозговой артерии по сравнению с исходным уровнем при искусственной гипервентиляции в течение 2 минут [5].

Однако данный способ имеет существенные недостатки: гипервентиляция вызывает не только повышение напряжения кислорода в крови - гипероксию, но и снижение содержания углекислого газа - гипокапнию, таким образом, запускаются два механизма ауторегуляции тонуса мозговых сосудов, а именно - уменьшение содержания углекислого газа в плазме крови (гипокапния) приводит, с одной стороны, к раздражению рецепторов синокаротидной зоны и гладкомышечных элементов сосудистой стенки, с другой стороны - к повышению уровня рН, тканевому алкалозу, т.е. вазоконстрикторный эффект реализуется, в основном, через метаболический механизм ауторегуляции; в то время как гипероксическая церебральная вазоконстрикция реализуется за счет инактивации оксида азота (NO) супероксидными радикалами - эндотелийзависимый механизм ауторегуляции [6]. Кроме того, при гипервентиляции у пациентов возникают неприятные ощущения головокружения; появляются неспецифические реакции сердечно-сосудистой системы, что маскирует результаты пробы. Повышенная частота дыхания приводит к значительным колебаниям головы, что создает технические сложности в локации мозговых артерий. А также не разработаны конкретные критерии оценки ауторегуляции мозгового кровотока для пациентов разных возрастных групп, что сужает область применения известного способа.

Новая техническая задача - повышение информативности, воспроизводимости и точности оценки ауторегуляции мозгового кровотока, оптимизация техники проведения и стандартизация исследования.

Поставленную задачу решают применением нового способа оценки ауторегуляции мозгового кровотока, заключающегося в исследовании ЛСК и диаметра средней мозговой артерии (СМА) в покое и на фоне гипероксического нагрузочного теста - ингаляции в течение 2 минут 100% кислорода, причем регистрируют изменения средней скорости кровотока (V) и диаметр СМА (D), рассчитывают коэффициенты и индексы, а именно: коэффициент изменения скорости кровотока (КИС_O2) индекс изменения скорости кровотока (ИИС_O2), коэффициент изменения диаметра СМА (КИД _O2), индекс изменения диаметра СМА (ИИД_O2), индекс постгипероксического восстановления ЛСК (ИВ_O2 ), нормализованный к АД ауторегуляторный ответ (НАО_O2 ) и при показателях КИС_O2=0,82±0,07, ИИС _O2=-0,12±0,05, КИД_O2=0,84±0,06, ИИД _O2=-0,33±0,24, ИВ_O2=1,08±0,11, НАО _O2=1,11±0,29 оценивают нормальное состояние ауторегуляции мозгового кровотока.

Новым в предлагаемом способе является достижение вазоконстрикторной реакции средней мозговой артерии при ингаляции 100% кислорода в течение 2 минут, что позволяет оптимизировать и стандартизировать технику проведения исследования. Детерминированность сосудистой реакции достигается путем использования оригинального устройства для оценки цереброваскулярного резерва [7], обеспечивающего точное дозирование, стабильную концентрацию кислорода, герметичность дыхательного контура и уменьшение объема «мертвого» пространства, посредством применения ротаметрических дозиметров, лицевой маски с надувным обтуратором и нереверсивного клапана, расположенного в непосредственной близости от дыхательных путей пациента.

Кроме того, новым в предлагаемом способе является исследование изменения диаметра СМА на фоне гипероксического нагрузочного теста; расчет и оценка индекса постгипероксического восстановления линейной скорости кровотока и коррекция коэффициента ауторегуляторного ответа в зависимости от системного артериального давления, что повышает информативность и точность оценки ауторегуляции мозгового кровотока.

Существенные признаки, характеризующие изобретение, проявили в заявляемой совокупности новые свойства, явным образом не вытекающие из уровня техники в данной области и являющиеся очевидными для специалиста.

Идентичной совокупности признаков не обнаружено при изучении патентной и научно-медицинской литературы. Данное изобретение может быть использовано в практическом здравоохранении для повышения качества диагностики и своевременного начала лечения нарушений ауторегуляции мозгового кровотока в условиях гипероксии.

Исходя из вышеизложенного, следует считать предлагаемое изобретение соответствующим условиям патентоспособности «Новизна», «Изобретательский уровень», «Промышленная применимость».

Изобретение будет понятно из следующего описания и приложенных к нему чертежей.

На фиг.1 изображено устройство для оценки цереброваскулярного резерва, состоящее из двух литых металлических баллонов емкостью 2 литра, содержащих кислород (1) и двуокись углерода (2), закрепленных на корпусе устройства; двухкамерных редукторов (3, 4) (ГОСТ 5313-59); блока ротаметрических дозиметров - двух дозиметров для кислорода (5) с пределами измерений от 0 до 2 л/мин и от 2 до 10 л/мин и дозиметра для двуокиси углерода (6) с пределами измерения от 0 до 2 л/мин; направляющих клапанов (7); дыхательных шлангов - гофрированного большого диаметра (22 мм) для кислорода/воздуха (8) и малого диаметра (8 мм) для двуокиси углерода (9); нереверсивного клапана (10); лицевой маски (11) с надувным обтуратором и регистрирующего устройства - аппарата ультразвуковой диагностики HDI 5000 SonoCT (Philips-ATL, Германия-США) (12).

На фиг.2 представлена динамика изменения диаметра средней мозговой артерии при проведении функционального гипероксического нагрузочного теста у пациентов в возрастных группах: 20-30 лет, 30-40, и старше 40 лет.

На фиг.3 представлена динамика изменения линейной скорости кровотока в средней мозговой артерии при проведении функционального гипероксического нагрузочного теста у пациентов в возрастных группах: 20-30 лет, 30-40 и старше 40 лет.

Способ осуществляют следующим образом.

1 этап. На лицо пациента, лежащего на спине, накладывают стерильную лицевую маску (11) и в течение 2 минут, с помощью волюметра, измеряют показатели внешнего дыхания - дыхательный объем (ДО), минутную вентиляцию легких (МВЛ) и частоту дыхания (ЧД). Одновременно с этим, при помощи регистрирующего устройства (12), проводят транскраниальную доплерографию средней мозговой артерии через темпоральное окно и оценивают качественные показатели (характер доплеровского сигнала, форма доплерограммы, распределение частот по доплерограмме, направление кровотока) и исходные количественные характеристики мозгового кровотока, а именно: максимальную (пиковую) систолическую скорость кровотока, конечную диастолическую скорость и среднюю скорость кровотока. Диаметр средней мозговой артерии оценивают по доплеровскому слепку.

2 этап. Для проведения гипероксического нагрузочного теста с кислородом открывают вентиль (3) кислородного баллона (1). С помощью ротаметрических дозиметров (5) устанавливают газоток (л/мин) в соответствии с результатами измерения МВЛ. Парциальное содержание кислорода (FiO₂) - 100%. Подачу кислорода осуществляют через гофрированный дыхательный шланг большого диаметра (8). Регистрирующим устройством (12) фиксируют изменение показателей мозгового кровотока и диаметра СМА в течение 2 минут. Методом пульсоксиметрии контролируют насыщение крови кислородом (SpO ₂ 99-100%). Прекращают подачу кислорода закрытием вентиля (3) кислородного баллона (1). Определяют время возврата показателей мозгового кровотока к исходным значениям.

3 этап. Рассчитывают коэффициенты и индексы, а именно:

1) коэффициент изменения скорости кровотока (КИС_О2 ). КИС_O2=V₂/V₀, где V₀ - исходная ЛСК в СМА (см/с), V₂ - ЛСК через 2 минуты ингаляции 100% кислорода (см/с);

2) индекс изменения скорости кровотока (ИИС_O2). ИИС_O2=(V ₂-V₀)/Т, где V₀ - исходная ЛСК в СМА (см/с), V₂ - ЛСК через 2 минуты ингаляции 100% кислорода (см/с), Т - время ингаляции кислорода (с);

3) коэффициент изменения диаметра СМА (КИД_O2). КИД _O2=D₂/D₀, где D₀ - исходный диаметр СМА (см), D₂ - диаметр через 2 минуты ингаляции 100% кислорода (см);

4) индекс изменения диаметра (ИИД_O2). ИИД_O2=(D₂-D₀ )/Т, где D₀ - исходный диаметр СМА (мм), D₂ - диаметр через 2 минуты ингаляции 100% кислорода (мм), Т - время ингаляции кислорода (мин);

5) индекс постгипероксического восстановления ЛСК (ИВ_O2). ИВ_O2=V₀ /V₅, где V₀ - исходная ЛСК в СМА(см/с), V₅ - ЛСК через 5 минут от начала исследования (см/с);

6) нормализованный к АД ауторегуляторный ответ (НАО _O2). НАО_O2=(V₂-V₀)/(V ₀·(АД₂-АД₀)), где V₀ - исходная ЛСК в СМА (см/с), V₂ - ЛСК через 2 минуты ингаляции 100% кислорода (см/с), АД₀ - исходное систолическое АД (мм рт.ст.), АД₂ - систолическое АД через 2 минуты ингаляции 100% кислорода (мм рт.ст.).

По данным показателям оценивают состояние ауторегуляции мозгового кровотока.

В течение всего исследования производят непрерывную запись электрокардиограммы, измеряют артериальное давление и частоту дыхания. Общее время исследования составляет 10 минут.

В качестве клинических примеров, подтверждающих преимущества предлагаемого способа оценки ауторегуляции мозгового кровотока, приводятся протоколы обследования пациентов.

Пример 1. Пациентка Р., 44 лет, проходила клиническое обследование в клиниках ГУ НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН. Неврологических жалоб не предъявляла. При исследовании мозгового кровотока по общепринятой методике - методом транскраниальной доплерографии средней мозговой артерии - были получены следующие результаты: максимальная (пиковая) систолическая скорость кровотока 99,3 см/с, конечная диастолическая скорость кровотока 52,6 см/с, средняя скорость кровотока за сердечный цикл 68,7 см/с, что соответствовало норме, но не позволяло судить о состоянии компенсаторно-приспособительных механизмов (ауторегуляции мозгового кровотока), обеспечивающих функциональную устойчивость системы мозгового кровообращения.

При исследовании ауторегуляции мозгового кровотока согласно предлагаемому способу были получены следующие результаты: коэффициент изменения скорости кровотока 0,80, индекс изменения скорости кровотока -0,14, коэффициент изменения диаметра средней мозговой артерии 0,83, индекс изменения диаметра средней мозговой артерии -0,30, индекс постгипероксического восстановления линейной скорости кровотока 1,10, нормализованный к АД ауторегуляторный ответ 0,84. Полученные данные позволили оценить нормальное состояние ауторегуляции мозгового кровотока.

Пример 2. Пациент Л., 49 лет, проходил клиническое обследование в клиниках ГУ НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН. Неврологических жалоб не предъявлял. При транскраниальной доплерографии средней мозговой артерии: максимальная (пиковая) систолическая скорость кровотока 109,2 см/с, конечная диастолическая скорость кровотока 48,3 см/с, средняя скорость кровотока за сердечный цикл 68,6 см/с, что соответствовало норме. Компьютерная томография головного мозга не выявила органических изменений.

С целью оценки ауторегуляции мозгового кровотока было проведено исследование согласно предлагаемому способу, а именно регистрация изменений линейной скорости кровотока и диаметра средней мозговой артерии на фоне гипероксического нагрузочного теста. Были получены следующие результаты: коэффициент изменения скорости кровотока 1,04, индекс изменения скорости кровотока 0,06, коэффициент изменения диаметра средней мозговой артерии 1,03, индекс изменения диаметра средней мозговой артерии 0,05, индекс постгипероксического восстановления линейной скорости кровотока 0,81, нормализованный к АД ауторегуляторный ответ 0,44. Полученные данные свидетельствовали о нарушении ауторегуляции мозгового кровотока, т.е. снижении способности и возможности мозговых сосудов изменять свой диаметр и скорость кровотока в ответ на воздействие нагрузочных стимулов.

Полученные, с помощью предлагаемого способа, данные позволили на ранней, доклинической стадии выявить уязвимость циркуляторно-метаболического обеспечения деятельности головного мозга при повышенной нагрузке, что дало возможность дать пациенту практические рекомендации для уменьшения риска развития острого нарушения мозгового кровообращения, а именно: исключить работу в экстремальных условиях (высокогорье, подводные работы); избегать нахождения в помещениях с высокой загазованностью; не допускать значительных колебаний системного артериального давления, регулярно проходить обследование у невролога.

Критерии, предлагаемые для оценки ауторегуляции мозгового кровотока, были подобраны на основании интерпретации результатов применения предлагаемого способа у 40 здоровых добровольцев трех возрастных групп: 20-30 лет, 30-40 и старше 40 лет, проходивших клиническое обследование в клиниках ГУ НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН.

Согласно использованию критериев предлагаемого способа были определены пороговые значения показателей кровотока и диаметра средней мозговой артерии, обеспечивающие нормальное состояние ауторегуляции мозгового кровотока (таблица).

Таблица
Пороговые значения показателей кровотока и диаметра СМА при проведении функционального гипероксического нагрузочного теста
Показатели	Все пациенты	Возраст
20-30 лет	30-40 лет	>40 лет
Коэффициент изменения скорости кровотока (КИСO2)	0,82±0,07	0,83±0,06	0,82±0,04	0,82±0,07
Индекс изменения скорости кровотока (ИИСO2)	-0,12±0,05	-0,12±0,05	-0,12±0,06	-0,11±0,06
Коэффициент изменения диаметра СМА (КИДO2)	0,84±0,06	0,87±0,05	0,85±0,08	0,80±0,06
Индекс изменения диаметра СМА (ИИДO2)	-0,33±0,24	-0,26±0,20	-0,33±0,20	-0,39±0,28
Индекс постгипероксического восстановления ЛСК (ИВO2 )	1,08±0,11	1,05±0,10	1,13±0,13	1,07±0,10
Нормализованный к АД ауторегуляторный ответ (НАОO2)	1,11±0,29	1,12±0,28	1,33±0,30	0,95±0,26
Примечание: данные представлены как M±SD

Особым достоинством предлагаемого способа является оценка вазоконстрикторной способности мозговых сосудов, реализуемая через эндотелийзависимый механизм ауторегуляции, т.к., учитывая разнообразие афферентных рецепторных представительств физической и химической природы, влияющих на характер воздействия на мозговые сосуды, чем специфичнее функциональный тест в плане ограниченности вовлечения рецепторных зон, тем информативнее ответная реакция мозговых сосудов, поскольку она характеризует функциональную активность отдельных звеньев системы ауторегуляции [4].

Ауторегуляция кровоснабжения головного мозга включается в процесс регуляции, если возмущение выводит мозговой кровоток за пределы гомеостатического диапазона [8]. Следствием этого является обеспечение функциональной устойчивости системы мозгового кровообращения, т.е. независимость циркуляторно-метаболического обеспечения деятельности головного мозга при сдвигах показателей системной гемодинамики и химизма крови [9]. При формировании начальных стадий цереброваскулярных заболеваний гемодинамические нарушения распространяются на все отделы сосудистой системы мозга. Такая диффузность и относительная симметричность цереброваскулярных расстройств позволяют предположить первостепенную роль в их становлении дисфункции регуляторных механизмов, а не ангиоархитектонического дефекта, при котором неизбежна приуроченность дисциркуляции к бассейну измененного сосуда [10].

Таким образом, предлагаемые критерии оценки ауторегуляции мозгового кровотока могут использоваться в неврологии, кардиологии, нейрохирургии и реаниматологии для диагностики латентной церебрососудистой недостаточности, позволяют распознавать цереброваскулярные заболевания на ранней, доклинической стадии и являются пороговыми для определения периода применения лечебно-профилактических мероприятий.

Предлагаемый способ отличает детерминированность сосудистой реакции, стандартизация исследования, простота выполнения, оперативность получения и высокая степень воспроизводимости результатов. Использование физиологического раздражителя (кислорода) обеспечивает безопасность, хорошую переносимость и неинвазивность исследования и позволяет применять данный способ для экспресс-диагностики ауторегуляции мозгового кровотока.

Литература

1. Лелюк В.Г. Цереброваскулярный резерв при атеросклеротическом поражении брахиоцефальных артерий. Этюды современной ультразвуковой диагностики / В.Г.Лелюк, С.Э.Лелюк. - К.: Укрмед, 2001. - Выпуск 2. - С.31-41.

2. Kontos H.A. Validity of cerebral arterial blood flow calculations from velocity measurements. Stroke 1989; 20:1:1-3.

3. Шахнович А.Р. Диагностика нарушений мозгового кровообращения (Транскраниальная доплерография) / А.Р.Шахнович, В.А.Шахнович. - М.: Медицина, 1996. - С.129-191.

4. Лелюк С.Э. Современные представления о цереброваскулярном резерве при атеросклеротической патологии магистральных артерий головы (обзор литературы) / С.Э.Лелюк, В.Г.Лелюк. Ультразвуковая диагностика, 1997. - № 1. - С.45.

5. Лелюк В.Г. Цереброваскулярный резерв при атеросклеротическом поражении брахиоцефальных артерий. Этюды современной ультразвуковой диагностики / В.Г.Лелюк, С.Э.Лелюк. - К.: Укрмед, 2001. - Выпуск 2. - С.45.

6. Жиляев С.Ю. Гипероксическая вазоконстрикция в головном мозгу реализуется путем инактивации оксида азота супероксидными анионами. / С.Ю.Жиляев и др. Рос. физиол. журн. им. И.М.Сеченова, 2002. - № 8: 5-553.

7. Патент РФ на полезную модель № 53881. Устройство для оценки цереброваскулярного резерва / Е.Г.Рипп, Т.М.Рипп, В.Е.Шипаков, Ю.К.Подоксенов, А.В.Шипакова, Ю.С.Свирко, Е.В.Шишнева. - БИ № 16. - 10.06.2006.

8. Митагвария Н.П. Анализ динамических характеристик регуляции кровоснабжения головного мозга: Автореф. дис д-ра биол. наук. - Л., 1984.

9. Москаленко Ю.Е. Реактивность мозговых сосудов; физиологические основы, информационная значимость, критерии оценки. // Физиолог. журн. СССР, 1986. - № 8. - С.1027-1038.

10. Молоков Д.Д. Роль реактивности сердечно-сосудистой системы в патогенезе, диагностике и лечении атеросклеротической дисциркуляторной энцефалопатии. Автореф. дисс докт. мед. наук - Иванов, 1995.