Демпфирующая функция артерий и неинвазивные методы ее оценки

УДК 616.13-008.21

Гайшун, Е. И. Демпфирующая функция артерий и не
инвазивные методы ее оценки / Е. И. Гайшун, И. В. Гайшун, 
А. М. Пристром. – Минск : Беларуская навука, 2016. – 92 с. –
ISBN 978-985-08-1947-5.

Демпфирующая функция артерий, определяемая их растяжимо
стью (жесткостью) и эластичностью (упругостью) материала сосудистой стенки, обеспечивает амортизацию (сглаживание) периодических 
систолических волн кровотока. В монографии излагаются основные 
факторы, влияющие на демпфирующую функцию, обсуждается клиническая значимость жесткости артерий, описываются основные неинвазивные методы оценки системной и регионарной жесткости. Показано, 
что методы (показатели) оценки локальной жесткости (т. е. жесткости 
сегментов отдельных артерий) могут быть получены на основе известного в теории упругости закона Гука; это позволило выяснить причину 
зависимости показателей от артериального давления, разработать новые показатели, слабо зависящие от него. Установлены количественные 
зависимости между жесткостью артерий и частотой сердечных сокращений, что привело к показателям, оценивающим артериальную жесткость «в чистом виде» (вне связи с указанной частотой). Описаны особенности определения растяжимости сосудов со стенотическими поражениями и нарушением геометрии. Работоспособность предложенных 
показателей продемонстрирована при исследовании демпфирующей 
функции общей сонной артерии как у здоровых людей, так и у пациентов с хронической ИБС и артериальной гипертензией.

Монография предназначена для научных работников, терапевтов 

и кардиологов, а также для аспирантов и студентов медицинских вузов.

Табл. 11. Ил. 13. Библиогр.: 155 назв.

Рецензенты:

доктор медицинских наук, профессор А. Г. Булгак,

доктор медицинских наук, профессор Н. П. Митьковская,

доктор физико-математических наук, профессор А. И. Астровский

ISBN 978-985-08-1947-5
© Гайшун Е. И., Гайшун И. В., 
    Пристром А. М., 2016
© Оформление. РУП «Издательский дом
    «Беларуская навука», 2016

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

АГ  
 
– артериальная гипертензия

АД  
 
– артериальное давление

ДАД, d
P  
 
– диастолическое артериальное давление

ИБС  
 
– ишемическая болезнь сердца

ИММЛЖ 
 
– индекс массы миокарда левого желудочка

КИМ 
 
– комплекс интима-медиа

ЛЖ  
 
– левый желудочек

ОСА  
 
– общая сонная артерия

ПД, s
d
P
P
P
−
= ∆  
– пульсовое давление

САД, Ps 
 
– систолическое артериальное давление

СРПВ 
 
– скорость распространения пульсовой волны

ССЗ  
 
– сердечно-сосудистые заболевания

ЧСС  
 
– частота сердечных сокращений

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ 

И СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Методы оценки артериальной жесткости, обсуждаемые 

в данной работе, предполагают измерение ряда физиологических параметров: АД, толщина КИМ, диаметр сосуда 
в систолу и диастолу, плотность крови и др. Для сопоставимости результатов и корректности выводов необходимо 
представление этих параметров в какой-либо согласованной системе единиц. В настоящее время общепринятой 
системой единиц является система СИ, базирующаяся на 
следующих единицах: килограмм массы (кг), метр (м) и секунда (с).

В этой системе единиц сила измеряется в ньютонах 

(Н), Н = кг·м·с–2; частота – в герцах (Гц), Гц = с–1; площадь 
и объем – в квадратных (м2) и кубических (м3) метрах; напряжение и давление, которые равны силе, приходящейся 
на единицу площади, – в паскалях (Па), Па = Н·м–2; скорость и ускорение – в метрах в секунду (м·с–1) и метрах в секунду в минус второй степени (м·с–2); объемный расход 
(скорость перемещения объема данного вещества) – в кубических метрах в секунду (м3·с–1); плотность (массовая плотность) – в килограммах на кубический метр (кг·м–3).

В теоретической части работы применяется система 

СИ. Однако в различных конкретных расчетах также используются следующие единицы: давление – мм рт. ст., диаметр сосуда и толщина КИМ – мм, ЧСС – удар в минуту 
(уд/мин). Коэффициенты перевода этих единиц в соответствующие единицы системы СИ определяются следующим 
образом: 1 мм рт. ст. = 133,3 Па, 1 мм = 10–3м, 1 Гц = 60 уд/мин.

Статистическая обработка данных осуществлялась на 

базе пакета компьютерных программ Statistica 6.0. Опре

делялись средние значения, стандартные отклонения, 95%ные доверительные интервалы. Различия межгрупповых 
средних оценивались при помощи непараметрического критерия Манна–Уитни. Различия средних считались статически значимыми, если уровень различий составлял p < 0,05, 
т. е. если вероятность ошибочного заключения о существовании различий, которых в действительности нет, не превышала 0,05. Сравнение состояния больных до и после 
лечения осуществлялось по критерию Уилкоксона. Применялся корреляционный анализ Спирмена, при этом считалось, что статистическая значимость корреляций p < 0,05. 
Для сравнения качественных признаков (частот или долей) 
использовался z-критерий [18, 62].

При описании результатов статистической обработки 

данных приняты следующие обозначения: М – выборочное 
среднее, S – выборочное стандартное отклонение, (а; b) – 
95%-ный доверительный интервал. В случае качественных 
признаков частота их обозначается ν, стандартное отклонение – Sν. Средние значения различных величин представляются в виде: выборочное среднее плюс-минус выборочное стандартное отклонение, т. е. M ± S.

ВВЕДЕНИЕ

С середины 1950-х гг. коронарная болезнь сердца и смерт
ность от нее приняли угрожающий характер в экономически развитых странах. Для выявления причин высокой 
смертности от ССЗ в США был организован грандиозный 
проект, известный теперь как Фремингемское исследование, направленный на выяснение причинных факторов, 
ведущих к коронарной смертности. Это исследование привело к созданию концепции о факторах риска в происхождении коронарного и церебрального атеросклероза и смертности от них. К числу факторов риска развития ССЗ были 
отнесены артериальная гипертензия, дислипидемия, курение, ожирение, сахарный диабет и др.

Смертность от ССЗ в странах бывшего СССР остается 

достаточно высокой. В Республике Беларусь за период с 1990 
по 2005 г. показатель смертности от ССЗ на 100 тыс. человек увеличивался ежегодно в среднем на 3% (от 547,0 случаев в 1990 г. до 810,9 случаев в 2005 г. [42]). Начиная с 2006 г. 
появились тенденции к стабилизации этого показателя. Однако ССЗ по-прежнему остаются одной из главных причин 
преждевременной смертности.

Наряду с указанными выше факторами важное значе
ние в увеличении риска развития неблагоприятных сердечно-сосудистых событий имеет повышенная жесткость 
крупных артерий, являющаяся независимым предиктором 
развития ССЗ и сердечно-сосудистой смертности [1, 19, 48, 
83, 92, 106, 117, 119, 121, 132, 139, 155]. Кроме того, повышенная жесткость артерий обладает высокой прогностической 
значимостью на доклинических стадиях развития ССЗ [75, 
117, 145].

В рекомендациях Европейского общества по артери
альной гипертензии и Европейского общества кардиологов 
признано, что сосуды являются одним из главных органовмишеней при артериальной гипертензии, а параметры их 
жесткости включены в число тестируемых при поиске субклинического поражения [131].

В зависимости от изучаемого участка артериального 

русла различают системную (интегральную), регионарную 
и локальную жесткость. Системная и регионарная жесткость характеризуют артериальную систему в целом и отдельные ее участки. Для характеризации жесткости конкретных артерий и их сегментов используется понятие локальной жесткости.

Предлагаемая работа посвящена в основном неинва
зивным методам оценки локальной жесткости и включает 
следующие вопросы: физические основы методов, условия 
их применимости, зависимость от некоторых физиологических параметров (АД и ЧСС), использование в клинической 
практике. Для полноты излагаются некоторые способы 
определения системной и регионарной жесткости.

Методы определения артериальной жесткости, рассма
триваемые в данной работе, основаны на механических 
свойствах сосудистой стенки и на некоторых гемодинамических фактах. Нервные и другие регулирующие воздействия не принимаются во внимание. Здесь мы исходим 
из того, что в конечном счете такие воздействия изменяют 
именно механические характеристики сердечно-сосудистой 
системы, приспосабливая их функционирование к потребностям организма. Поэтому изучение механики сердечнососудистой системы мы считаем предпосылкой для понимания процессов, происходящих в этой системе, и для 
управления ими.

Языком, на котором формулируются механические за
коны, является математика. Без ее использования невозможно сколь-нибудь строго описать обсуждаемые методы 
оценки артериальной жесткости. Поэтому в тексте много 

математических расчетов и формул, которые, хотя и достаточно просты, могут представлять определенные трудности для неподготовленного читателя. В этом случае рекомендуется некоторые места, связанные с обоснованием 
методов, пропускать и обращаться непосредственно к конечным выводам.

При разработке и анализе методов оценки локальной 

жесткости артерий авторы неоднократно пользовались советами и консультациями члена-корреспондента НАН Беларуси Н. А. Манака. Ряд новых индексов растяжимости 
и показателей эластичности получен при его непосредственном участии. Выражаем ему глубокую благодарность 
за поддержку данной работы.

Авторы благодарны также рецензентам доктору меди
цинских наук, профессору А. Г. Булгаку, доктору медицинских наук, профессору Н. П. Митьковской, доктору физико-метематических наук, профессору А. И. Астровскому, 
доброжелательная критика и замечания которых способствовали улучшению содержания книги.

Глава 1

КЛИНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ 
И СПОСОБЫ ОЦЕНКИ АРТЕРИАЛЬНОЙ 
ЖЕСТКОСТИ

В главе приводятся краткие сведения о строении арте
риальной стенки, обсуждается значимость демпфирующей 
функции артерий, являющейся следствием способности их 
увеличивать поперечное сечение под действием давления, 
обращается внимание на феномен отраженной волны. Дается обзор методов оценки системной и регионарной артериальной жесткости, описываются факторы, влияющие на 
артериальную жесткость, приводятся данные о связи жесткости артерий с различными ССЗ.

1.1. Краткие сведения о строении и функциях артерий

Стенки всех артерий состоят из трех оболочек: вну
тренней (интимы), средней (медии) и наружной (адвентиции). Интиму образуют два слоя: эндотелий – одиночный 
слой клеток, выстилающий всю поверхность сосуда, и тонкий субэндотелиальный слой, состоящий из соединительной ткани и эластических волокон. Субэндотелиальный 
слой образован переплетенными эластиновыми и коллагеновыми волокнами, лимфоидными и фибробластическими 
клетками. Эндотелий – наиболее функционально значимый 
элемент интимы – представляет собой плоский эпителий, 
клетки которого (эндотелиоциты) имеют полигональную 
форму, удлиненную по ходу сосуда, и связаны между собой 
плотными и щелевыми соединениями. Эндотелиоциты выполняют ряд важных регуляторных функций: осуществле

ние транспорта веществ между кровью и тканями; участие 
в процессе свертывания крови; участие в регуляции сосудистого тонуса и обмене вазоактивных веществ и др.

Медиа включает слои циркулярно расположенных глад
комышечных клеток и сеть коллагеновых и эластических 
волокон. Эластические волокна образуют относительно густую сеть, они легко растягиваются в несколько раз. Эти 
волокна создают напряжение, противодействующее кровяному давлению, растягивающему сосуд. Коллагеновые волокна образуют сеть, оказывающую значительно большее 
сопротивление растяжению сосуда, чем эластические волокна; они противодействуют давлению только когда сосуд 
растягивается до определенной степени.

Адвентиция образована наружной эластичной мембра
ной и рыхлой волокнистой тканью, содержащей нервы и сосуды, питающие стенку (в сосудах диаметром больше 1 мм).

Артерии подразделяются на три типа: эластические, 

мышечно-эластические и мышечные. К эластическим артериям относятся сосуды крупного калибра, такие как аорта 
и легочная артерия. Средняя оболочка таких артерий состоит из большого количества эластических окончатых мембран, связанных друг с другом эластическими волокнами 
и образующих вместе с эластическими элементами других 
оболочек единый эластический каркас. Между мембранами 
находятся гладкомышечные клетки. Наличие большого количества эластических волокон и мембран позволяет этим 
сосудам растягиваться в период систолы и возвращаться 
в исходное состояние во время диастолы.

К артериям мышечно-эластического типа относятся, 

в частности, сонная и подключичная артерии. Строение 
внутренней оболочки у них такое же, как и у артерий эластического типа, однако в средней оболочке увеличивается количество гладкомышечных клеток, между которыми и эластическими элементами находится небольшое количество 
фибробластов (клеток, синтезирующих коллаген) и коллагеновых волокон.