Особенности нелинейных динамических процессов и их взаимосвязь с показателями микроциркуляции у больных облитерирующим атеросклерозом артерий нижних конечностей по данным лазерной допплеровской флоуметрии

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с теорией функциональных систем последние рассматриваются как динамические, самоорганизующиеся, саморегулирующиеся построения живых организмов, все элементы которых действуют содружественно для достижения полезного, биологически целесообразного результата [1]. С этих позиций представляется важным установить особенности поведения той или иной функциональной системы, характеризующие ее функционирование как единое целое. Микроциркуляция (МЦ), как и большинство биологических систем, характеризуется нелинейной функцией, сложным колебательным, резонансным поведением [2]. Оценка общих свойств данного биологического образования может быть дана с привлечением спектрального амплитудно-частотного анализа колебательных процессов и исследования нелинейной динамики [3][4]. Целесообразность использования методов нелинейной динамики и фрактальной геометрии для описания гемоперфузии ткани обусловлена также тем, что последняя имеет хаотический компонент, ассоциированный с постоянно меняющейся метаболической потребностью тканей [5][6]. Принимая во внимание весьма ограниченное число работ, посвященных изучению нелинейных процессов в микрососудистом русле, представляет интерес проследить взаимосвязь ритмических модуляций и нелинейных процессов на основании вейвлет-анализа колебаний микрокровотока в условиях патологии.

Цель исследования: изучить особенности нелинейных динамических и колебательных процессов в микроциркуляторном русле кожи у пациентов с облитерирующим атеросклерозом артерий нижних конечностей.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Обследовано 56 пациентов мужского пола с ангиографически подтвержденным облитерирующим атеросклерозом артерий нижних конечностей (ОААНК) (средний возраст 62,3 ± 6,3 года). В исследование включены пациенты с перемежающейся хромотой (ПХ) IIБ стадии (по А. В. Покровскому), с лодыжечно-плечевым индексом ≤ 0,85, без заболеваний крови, бронхолегочной патологии, сложных нарушений ритма и сердечной недостаточностью не выше II функционального класса (NYHA). У 25 пациентов (44,6 %) стаж заболевания ОААНК составил 5 и более лет, у 52 (92,9 %) выявлена артериальная гипертензия, 37 человек (66,1 %) страдали ишемической болезнью сердца (ИБС), из них10 в прошлом перенесли инфаркт миокарда. Все больные получали базовую терапию, включающую статины, аспирин, а при необходимости гипотензивные препараты. За трое суток до исследования препараты с вазолитическим действием отменялись. Для установления нормальных значений исследуемых показателей была сформирована контрольная группа, состоящая из 15 практически здоровых лиц (средний возраст 55,0 ± 14,2 года).

МЦ кожи исследовали методом лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ) на аппарате «ЛАКК-М» (НПП «Лазма», Россия). Исследование проводили в соответствии с существующими рекомендациями [5][7] в утренние часы, натощак, в горизонтальном положении, при температуре воздуха 22–24 °C, после 15-минутного периода адаптации в помещении. Датчик фиксировали на тыльной поверхности стопы пораженной конечности на уровне 2-го пальца. Оценивали следующие параметры: показатель микроциркуляции (ПМ, перф. ед), отражающий средний уровень гемоперфузии в единице объема ткани за единицу времени. Расчетным способом определяли миогенный тонус микрососудов (МТ, ед), показатель нутритивного кровотока (Мнутр, ед), коррелирующий с величиной плотности капилляров по результатам капилляроскопии [5]. Методом вейвлет-анализа в различных частотных диапазонах оценивали амплитудные показатели, отражающие активные, тонусформирующие механизмы контроля микроциркуляции: выраженность эндотелиальной (Аэ), нейрогенной (Ан) и миогенной (Ам) функции микрососудов. Амплитуды осцилляций кровотока оценивали по их максимальным значениям (Аmax). С целью исключения влияния нестандартных условий выполнения исследования проводилось нормирование амплитуд колебаний по среднеквадратичному отклонению колебаний перфузии А/3σ. При оценке нелинейного динамического процесса микрогемоциркуляции использовали расчеты фрактальной размерности, определение энтропии, анализ фазового портрета [8]. Фрактальный анализ, характеризующий нерегулярность процесса, оценивался по величине фрактальной размерности, указывающей на количество факторов, участвующих в микроциркуляции и оказывающих на нее влияние. Определение фрактальной размерности проводили методом Хаусдорфа (Dо) и методом нормированного размаха (R/S-анализ). Энтропия (Но) дает представление о «хаосе» в регуляции микроциркуляции и является мерой неопределенности системы, индикатором разнообразия регуляции. Энтропия-информация (Hi) – величина, нормированная по отношению к относительной энергии микрососудистого русла Ео, которая определяется отношением энергии, сообщенной эритроцитам в результате работы механизмов регуляции микрокровотока. Динамические связи системы определяли по оценке ее фазового пространства. По изменению фазовой точки, характеризующей состояние системы в определенный момент времени, судили об общем поведении системы – фазовом портрете. Количественной оценкой фазового портрета является корреляционная размерность (D2). С учетом влияния энергетического фактора корреляционную размерность нормировали по Ео (D2H), что позволяло оценивать хаотический компонент поведения системы в идентичных, не зависимых от энергии условиях.

Полученные результаты исследований обработаны с использованием IBM SPSS Statistic 21. Для анализа распределения переменных применяли критерий Колмогорова–Смирнова. Признаки, распределение которых соответствовало нормальному, представлены в виде среднего арифметического М и среднеквадратичного отклонения (SD), для оценки различий использовали T-критерий для независимых выборок. Показатели, не имеющие нормального распределения, представлены в виде медианы (Ме) и интерквартильного размаха 25–75 процентили, для оценки различий применяли U-критерий Maнна – Уитни. Полученные различия считались статистически значимыми при p ≤ 0,05.

Представленное исследование было одобрено Комитетом по биометрической этике Тюменского кардиологического научного центра и выполнено в соответствии со стандартами Good Clinical Practice и принципами Хельсинкской декларации. У всех пациентов получено письменное информированное согласие на участие в исследовании.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты исследования колебательных процессов в микрососудистом русле кожи нижней конечности здоровых лиц и пациентов с ОААНК представлены в таблице 1. Анализ функционального состояния активных факторов регуляции МЦ обнаружил статистически значимое снижение по сравнению с групповыми показателями здоровых нормированных показателей амплитуды колебаний кровотока в миогенном частотном диапазоне (Ам/3σ) на 11 %, что указывает на увеличение мышечного тонуса прекапиллярных сфинктеров. Это подтверждается ростом показателя МТ (р = 0,026) и сопровождается депрессией нутритивного кровотока, о чем свидетельствуют более низкие значения показателя Мнутр по сравнению с контрольной группой (р = 0,041). Описанные изменения микрососудистого русла сочетались с увеличением флаксмоций в нейрогенном частотном диапазоне (Ан/3σ) на 21,8 % (р = 0,034). Данный факт можно трактовать какограничение вазоконстрикторного контроля артериол симпатическими нервными волокнами в условиях хронической тканевой ишемии [5].

Таким образом, исследование функции микрососудистого русла с использованием ЛДФ позволило выявить сложные разнонаправленные сдвиги регуляции кровотока в различных его сегментах: увеличение притока крови в систему МЦ в результате депрессии симпатического вазоконстрикторного влияния, с одной стороны, и увеличение мышечного тонуса прекапиллярного сегмента – с другой.

Обнаруженные особенности колебаний кровотока в микрососудах кожи у пациентов с ОААНК нашли отражение в отклонениях параметров нелинейных динамических процессов микрогемоциркуляции (табл. 2). У пациентов с ПХ наблюдался дефицит энергии колебательного процесса (Е0), составивший –21,2 % по сравнению с контрольной группой (р = 0,037), что дает основание говорить о недостаточном включении механизмов компенсации преходящей ишемии. На фоне недостатка энергии колебательного процесса происходит снижение амплитуды осцилляций кровотока в миогенном частотном диапазоне (Ам/3σ), свидетельствующее об ограничении вклада миогенного механизма в работу капиллярной сети. Взаимообусловленность данных параметров МЦ согласуется с установленной корреляционной связью между ними (r = 0,506; р < 0,001). В условиях физиологического покоя и состояния функциональной компенсации (межприступный период) фракционная размерность R/S-сигнала в исследуемых группах сохранялась на уровне < 1 и, несмотря на некоторые отличия показателя Хаусдорфа (D0), в целом демонстрирует относительную устойчивость системы МЦ, неготовность перейти в новое функциональное состояние. У пациентов с ПХ установлено снижение величины относительной энтропии (Н0 – 0,29 ± 0,44 против 0,33 ± 0,031 у здоровых; р = 0,024), свидетельствующее об уменьшении хаотизации системы периферического кровотока, увеличении степени упорядоченности и упрощении механизмов его регулирования [9].

Данное обстоятельство, вероятно, во многом обусловливает функциональное состояние колебаний кровотока в частотных диапазонах ЛДФ-грамм, отражающих активные механизмы контроля микрососудистой гемодинамики, что находит подтверждение в наличии положительных ассоциаций Н0 с Аэ (r = 0,415; р = 0,001), Ан (r = 0,348; р = 0,005) и Ам (r = 0,398; р = 0,001). Корреляционная размерность фазового портрета (D2) у пациентов с ОААНК отличалась более низкими значениями (–9,3 %; р = 0,023), что также характеризует отклонения механизмов регуляции периферического кровотока в сторону снижения их разнообразия, упрощения. При этом нормированные по Е0 показатели хаоса сигнала (Hi) и выраженности хаоса поведения фазового портрета (D2 н) имели тенденцию к повышению, обусловленную, по-видимому, дефицитом энергии колебательного процесса.

Следует подчеркнуть, что снижение хаотичности в функционировании микрососудистой гемодинамики, мерой которой является D2, ассоциируется с ограничением числа связей между факторами, осуществляющими ее контроль [10]. Указанные функциональные сдвиги сопровождаются уменьшением объема компенсаторно-адаптивных механизмов [5] и ухудшением клинико-прогностических показателей. Так, в своем исследовании S. M. Skinnеr и соавт. [11] показали, что снижение корреляционной размерности сердечного ритма может быть ранним признаком развития фатальной фибрилляции желудочков у пациентов с сердечной недостаточностью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенных исследований микроциркуляции кожи пациентов с облитерирующим атеросклерозом артерий нижних конечностей методом лазерной допплеровской флоуметрии выявлены изменения, которые характеризовались спастико-атоническими сдвигами, проявляющимися констрикцией прекапиллярного сегмента микрососудистого русла, дилатацией артериол и ограничением нутритивного кровотока. Выявленные особенности колебательного процесса сочетались с закономерными изменениями параметров нелинейной динамики поведения гемоциркуляции. Отмечено снижение сложности структуры лазерного допплеровского флоуметрического сигнала, уменьшение относительной энтропии и корреляционной размерности фазового портрета, указывающие на уменьшение выраженности хаоса системы, что свидетельствует об ограничении связей факторов контроля микроциркуляции, упрощении ее функционирования и, как следствие, снижении компенсаторно-адаптивного потенциала.

Таким образом, изучение параметров нелинейной динамики движения крови по микрососудам позволяет получить представление о детерминизме поведения кровотока, выраженности его хаотичности, оценить модификацию факторов, влияющих на микрогемодинамику как единую физиологическую систему и приближает нас к пониманию поведения совокупности факторов, оказывающих влияние на микрокровоток.

В то же время необходимо отметить, что, несмотря на несомненный интерес к исследованиям нелинейных динамических процессов в медицине, отсутствие единых методологических подходов затрудняет интерпретацию полученных данных, приводя порой к противоречивым выводам.