Скорость пульсовой волны
Измерение артериальной жесткости
Метод медицинской диагностики
Скорость пульсовой волны
ЦельДля измерения артериальной жесткости

Скорость пульсовой волны ( PWV ) — это скорость , с которой пульс артериального давления распространяется по кровеносной системе , обычно по артерии или по объединенной длине артерий. [1] PWV используется в клинических условиях в качестве меры артериальной жесткости и может быть легко измерена неинвазивным способом у людей, при этом измерение PWV от сонной артерии до бедренной артерии (cfPWV) является рекомендуемым методом. [2] [3] [4] cfPWV воспроизводима, [5] и прогнозирует будущие сердечно-сосудистые события и смертность от всех причин независимо от обычных факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний . [6] [7] Она была признана Европейским обществом гипертонии в качестве индикатора поражения целевых органов и полезного дополнительного теста при исследовании гипертонии . [8]

Связь с артериальной жесткостью

Теория скорости передачи импульса по кровеносному руслу восходит к 1808 году с работой Томаса Юнга . [9] Связь между скоростью пульсовой волны (PWV) и жесткостью артериальной стенки может быть выведена из второго закона движения Ньютона ( ), примененного к небольшому элементу жидкости, где сила, действующая на элемент, равна произведению плотности (массы на единицу объема; ) и ускорения . [10] Подход к расчету PWV аналогичен расчету скорости звука , , в сжимаемой жидкости (например, воздухе ): Ф = м а {\displaystyle F=ма} ρ {\displaystyle \ро} с 0 {\displaystyle {c_{0}}}

с 0 = Б ρ {\displaystyle c_{0}={\sqrt {\frac {B}{\rho }}}} ,

где — модуль объемной упругости , — плотность жидкости. Б {\displaystyle {Б}} ρ {\displaystyle {\ро}}

Уравнение Франка/Брамвелла-Хилла

Для несжимаемой жидкости ( крови ) в сжимаемой (эластичной) трубке (например, артерии): [11]

П Вт В = В ⋅ г П ρ ⋅ г В {\displaystyle PWV={\sqrt {\frac {V\cdot dP}{\rho \cdot dV}}}} ,

где — объем на единицу длины , а — давление . Это уравнение вывели Отто Франк , [12] и Джон Крайтон Брамвелл и Арчибальд Хилл . [13] В {\displaystyle V} П {\displaystyle P}

Альтернативные формы этого уравнения:

П Вт В = г ⋅ г П ρ ⋅ 2 ⋅ г г {\displaystyle PWV={\sqrt {\frac {r\cdot dP}{\rho \cdot 2\cdot dr}}}} , или , П Вт В = 1 ρ ⋅ Д {\displaystyle PWV={\frac {1}{\sqrt {\rho \cdot D}}}}

где - радиус трубки, - растяжимость . г {\displaystyle r} Д {\displaystyle D}

Уравнение Моенса–Кортевега

Уравнение Моэнса – Кортевега :

П Вт В = Э я н с ⋅ час 2 ⋅ г ⋅ ρ {\displaystyle \mathrm {PWV} ={\sqrt {\dfrac {E_{\mathrm {inc} }\cdot h}{2\cdot r\cdot \rho }}}} ,

характеризует PWV с точки зрения инкрементного модуля упругости стенки сосуда, толщины стенки и радиуса. Он был выведен независимо Адрианом Изебри Моенсом и Дидериком Кортевегом и эквивалентен уравнению Франка/Брамвелла Хилла: [11] : 64  Э я н с {\displaystyle {E_{\mathrm {inc} }}} час {\displaystyle ч}

Эти уравнения предполагают, что:

  1. площадь сосуда практически не изменяется.
  2. толщина стенки практически не меняется.
  3. плотность крови практически не меняется (т.е. кровь считается несжимаемой).
  4. г в ( г г − 1 ) г х ⋅ г т {\displaystyle \operatorname {d} \!v(\operatorname {d} \!r^{-1})\operatorname {d} \!x\cdot \operatorname {d} \!t} ничтожно мала.

Изменения в кровеносной системе

Поскольку толщина стенки, радиус и инкрементный модуль упругости различаются от кровеносного сосуда к кровеносному сосуду, PWV также будет различаться между сосудами. [11] Большинство измерений PWV представляют собой среднюю скорость по длине пути, состоящего из нескольких сосудов (например, от сонной до бедренной артерии ). [14]

Зависимость от артериального давления

PWV по сути своей меняется в зависимости от артериального давления. [15] PWV увеличивается с давлением по двум причинам:

  1. Артериальная податливость ( ) уменьшается с ростом давления из-за криволинейной зависимости между артериальным давлением и объемом. г В / г П {\displaystyle \operatorname {d} \!V/\operatorname {d} \!P}
  2. Объем ( ) увеличивается с ростом давления (артерия расширяется), что напрямую увеличивает СРПВ. В {\displaystyle V}

Экспериментальные подходы, используемые для измерения скорости пульсовой волны

Для измерения PWV можно использовать ряд инвазивных и неинвазивных методов. Некоторые общие подходы:

Использование двух одновременно измеренных форм волн давления

По определению, СПВ — это расстояние ( ), пройденное пульсовой волной, деленное на время ( ), необходимое волне для прохождения этого расстояния: Δ х {\displaystyle \Дельта х} Δ т {\displaystyle \Дельта t}

П Вт В = Δ х Δ т {\displaystyle \mathrm {PWV} ={\dfrac {\Delta x}{\Delta t}}} ,

на практике этот подход осложняется существованием отраженных волн. [11] Широко распространено мнение, что отражения минимальны во время поздней диастолы и ранней систолы . [11] При таком предположении PWV можно измерить, используя «подножье» волны давления в качестве опорного маркера из инвазивных или неинвазивных измерений; время прохождения соответствует задержке прибытия ноги между двумя точками на известном расстоянии друг от друга. Определение местоположения подножия волны давления может быть проблематичным. [16] Преимуществом измерения PWV от ноги к ноге является простота измерения, требующая только двух форм волны давления, зарегистрированных с помощью инвазивных катетеров, или неинвазивно с использованием устройств обнаружения импульсов, приложенных к коже в двух точках измерения, и рулетки. [17]

Используя давление и объем, или давление и диаметр

Это основано на методе, описанном Брамвеллом и Хиллом [18], которые предложили модификации уравнения Моенса-Кортвега. Цитируя напрямую, эти модификации были:

« Можно показать, что небольшое повышение давления вызывает небольшое увеличение радиуса артерии или небольшое увеличение ее собственного объема на единицу длины. Следовательно » δ П {\displaystyle \delta P} δ у = у 2 δ П / ( Э с ) {\displaystyle \delta y=y^{2}\delta P/(Ec)} у {\displaystyle у} δ В = 2 π у 3 δ П / ( Э с ) {\displaystyle \delta V=2\pi y^{3}\delta P/(Ec)} В {\displaystyle V} 2 у / Э с = г В / ( В г П ) {\displaystyle 2y/Ec=\operatorname {d} \!V/(V\operatorname {d} \!P)}

где представляет толщину стенки (определенную как выше), модуль упругости и радиус сосуда (определенный как выше). Это позволяет рассчитать локальную PWV в терминах , или , как подробно описано выше, и обеспечивает альтернативный метод измерения PWV, если измеряются давление и артериальные размеры, например, с помощью ультразвука [19] [20] или магнитно-резонансной томографии (МРТ) . [21] с {\displaystyle с} час {\displaystyle ч} Э {\displaystyle E} у {\displaystyle у} г {\displaystyle r} В ⋅ г П / ( ρ ⋅ г В ) {\displaystyle {\sqrt {V\cdot dP/(\rho \cdot dV)}}} г ⋅ г П / ρ ⋅ 2 ⋅ г г {\displaystyle {\sqrt {r\cdot dP/\rho \cdot 2\cdot dr}}}

Используя зависимость давления от скорости потока, давления от объемного потока или характеристического сопротивления

Уравнение гидравлического удара, выраженное либо через давление и скорость потока [22] , либо через давление и объемный расход, либо через характеристическое сопротивление [23], может быть использовано для расчета локальной PWV:

P W V = P / ( v ⋅ ρ ) = P / Q ⋅ A / ρ = Z c ⋅ A / ρ {\displaystyle \mathrm {PWV} =P/\left(v\cdot \rho \right)=P/Q\cdot A/\rho =Z_{\mathrm {c} }\cdot A/\rho } ,

где - скорость, - объемный поток , - характеристическое сопротивление, - площадь поперечного сечения сосуда. Этот подход действителен только тогда, когда отражения волн отсутствуют или минимальны, предполагается, что это имеет место в ранней систоле. [24] v {\displaystyle v} Q {\displaystyle Q} Z c {\displaystyle Z_{\mathrm {c} }} A {\displaystyle A}

Использование соотношений диаметр-скорость потока

Метод, родственный методу давления-скорости потока, использует диаметр сосуда и скорость потока для определения локальной PWV. [25] Он также основан на уравнении гидравлического удара:

d P ± = ± ρ ⋅ P W V ⋅ d v ± {\displaystyle dP_{\pm }=\pm \rho \cdot PWV\cdot dv_{\pm }} ,

и с тех пор

d P + + d P − = 2 ⋅ ρ ⋅ P W V 2 S ⋅ ( d S + + d S − ) {\displaystyle dP_{+}+dP_{-}={\frac {2\cdot \rho \cdot PWV^{2}}{S}}\cdot (dS_{+}+dS_{-})} ,

где - диаметр; тогда: S {\displaystyle S}

P W V = S 2 ⋅ ( d v + + d v − ) ( d S + + d S − ) {\displaystyle PWV={\frac {S}{2}}\cdot {\frac {(dv_{+}+dv_{-})}{(dS_{+}+dS_{-})}}} ,

или с использованием возрастающей деформации кольца , d S / S = d ln ⁡ S {\displaystyle dS/S=d\ln S}

PWV можно выразить через и v {\displaystyle v} S {\displaystyle S}

P W V = ± 1 2 ⋅ d v ± d ln ⁡ S ± {\displaystyle PWV=\pm {\frac {1}{2}}\cdot {\frac {dv_{\pm }}{d\ln S_{\pm }}}} ,

Таким образом, построение графика дает «петлю lnDU», а линейную часть во время ранней систолы, когда предполагается, что отраженные волны минимальны, можно использовать для расчета СПВ. ln ⁡ S {\displaystyle \ln S} v {\displaystyle v}

Клинические измерения

Клинические методы

Клинически PWV можно измерить несколькими способами и в разных местах. «Золотым стандартом» для оценки артериальной жесткости в клинической практике является cfPWV, [3] [4] и были предложены руководящие принципы валидации. [26] Другие меры, такие как плече-лодыжечный PWV и сердечно-лодыжечный сосудистый индекс (CAVI), также популярны. [27] Для cfPWV рекомендуется, чтобы время прибытия пульсовой волны измерялось одновременно в обоих местах, а расстояние, пройденное пульсовой волной, рассчитывалось как 80% от прямого расстояния между общей сонной артерией на шее и бедренной артерией в паху. [3] Существует множество устройств для измерения cfPWV; [28] [29] некоторые методы включают:

  • использование датчика для регистрации времени прибытия пульсовой волны на сонную и бедренную артерии.
  • использование манжет, накладываемых на конечности и шею, для регистрации времени прибытия пульсовой волны осциллометрическим методом.
  • использование допплеровской ультразвуковой томографии или магнитно-резонансной томографии для регистрации времени прибытия пульсовой волны на основе формы волны скорости потока.

Были описаны более новые устройства, в которых используются манжета на руку [30] , датчики на кончиках пальцев [31] или специальные весы [32] , но их клиническая полезность еще не полностью установлена.

Интерпретация

Текущие рекомендации Европейского общества гипертонии гласят, что измеренная скорость пульсовой волны (СПВ) более 10 м/с может считаться независимым маркером повреждения конечного органа. [8] Однако использование фиксированного порогового значения СПВ является предметом споров, поскольку СПВ зависит от артериального давления. [15] Высокая скорость пульсовой волны (СПВ) также связана с плохой функцией легких. [33]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Набиль, премьер-министр; Киран, В. Радж; Джозеф, Джаярадж; Абхидев В.В.; Шивапракасам, Моханасанкар (2020). «Скорость локальной пульсовой волны: теория, методы, достижения и клиническое применение». Обзоры IEEE в области биомедицинской инженерии . 13 : 74–112 . doi : 10.1109/RBME.2019.2931587. ISSN  1937-3333. PMID  31369386. S2CID  199381680.
  2. ^ Laurent S, Cockcroft J, Van Bortel L, Boutouyrie P, Giannattasio C, Hayoz D и др. (ноябрь 2006 г.). «Экспертный консенсусный документ по артериальной жесткости: методологические вопросы и клиническое применение». European Heart Journal . 27 (21): 2588– 605. doi : 10.1093/eurheartj/ehl254 . PMID  17000623.
  3. ^ abc Van Bortel LM, Laurent S, Boutouyrie P, Chowienczyk P, Cruickshank JK, De Backer T и др. (март 2012 г.). «Экспертный консенсусный документ по измерению жесткости аорты в повседневной практике с использованием скорости пульсовой волны в сонной и бедренной артериях». Журнал гипертонии . 30 (3): 445– 8. doi : 10.1097/HJH.0b013e32834fa8b0. hdl : 1765/73145 . PMID  22278144.
  4. ^ ab Townsend RR, Wilkinson IB, Schiffrin EL, Avolio AP, Chirinos JA, Cockcroft JR и др. (сентябрь 2015 г.). «Рекомендации по улучшению и стандартизации сосудистых исследований артериальной жесткости: научное заявление Американской кардиологической ассоциации». Гипертензия . 66 (3): 698– 722. doi :10.1161/HYP.00000000000000033. PMC 4587661 . PMID  26160955. 
  5. ^ Wilkinson IB, Fuchs SA, Jansen IM, Spratt JC, Murray GD, Cockcroft JR, Webb DJ (декабрь 1998 г.). «Воспроизводимость скорости пульсовой волны и индекса аугментации, измеренных с помощью анализа пульсовой волны». Journal of Hypertension . 16 (12 Pt 2): 2079– 84. doi :10.1097/00004872-199816121-00033. PMID  9886900. S2CID  19246322.
  6. ^ Vlachopoulos C, Aznaouridis K, Stefanadis C (март 2010 г.). «Прогнозирование сердечно-сосудистых событий и смертности от всех причин с учетом артериальной жесткости: систематический обзор и метаанализ». Журнал Американского колледжа кардиологии . 55 (13): 1318–27 . doi : 10.1016/j.jacc.2009.10.061 . PMID  20338492.
  7. ^ Ben-Shlomo Y, Spears M, Boustred C, May M, Anderson SG, Benjamin EJ и др. (февраль 2014 г.). «Скорость пульсовой волны в аорте улучшает прогнозирование сердечно-сосудистых событий: индивидуальный метаанализ участников проспективных наблюдательных данных от 17 635 субъектов». Журнал Американского колледжа кардиологии . 63 (7): 636– 646. doi :10.1016/j.jacc.2013.09.063. PMC 4401072. PMID  24239664 . 
  8. ^ ab Mancia G, Fagard R, Narkiewicz K, Redón J, Zanchetti A, Böhm M и др. (июль 2013 г.). «Руководство ESH/ESC по лечению артериальной гипертензии 2013 г.: целевая группа по лечению артериальной гипертензии Европейского общества гипертензии (ESH) и Европейского общества кардиологов (ESC)». Журнал гипертензии . 31 (7): 1281– 357. doi : 10.1097/01.hjh.0000431740.32696.cc . PMID  23817082.
  9. ↑ Young T (1809). «The Croonian Lecture: On the functions of the heart and arteries» («Кронианская лекция: о функциях сердца и артерий»). Philosophical Transactions of the Royal Society of London . 99 : 1– 31. doi :10.1098/rstl.1809.0001. S2CID  110648919.
  10. ^ Сэр, Лайтхилл, М. Дж. (1978). Волны в жидкостях . Кембридж [Англия]: Cambridge University Press. ISBN 978-0521216890. OCLC  2966533.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  11. ^ abcde McDonald DA, Nichols WW, O'Rourke MJ, Hartley C (1998). Кровоток Макдональда в артериях, теоретические, экспериментальные и клинические принципы (4-е изд.). Лондон: Arnold. ISBN 978-0-340-64614-4.
  12. ^ Франк, Отто (1920). «Die Elastizitat der Blutegefasse». Zeitschrift für Biologie . 71 : 255–272 .
  13. ^ Bramwell JC, Hill AV (1922). «Скорость передачи пульсовой волны и эластичность артерий». Lancet . 199 (5149): 891– 2. doi :10.1016/S0140-6736(00)95580-6.
  14. ^ Таунсенд, Рэймонд Р.; Уилкинсон, Ян Б.; Шиффрин, Эрнесто Л.; Аволио, Альберто П.; Чиринос, Хулио А.; Кокрофт, Джон Р.; Хеффернан, Кевин С.; Лакатта, Эдвард Г.; МакЭниери, Кармел М.; Митчелл, Гэри Ф.; Наджар, Самер С.; Николс, Уилмер В.; Урбина, Элейн М.; Вебер, Томас (сентябрь 2015 г.). «Рекомендации по улучшению и стандартизации сосудистых исследований артериальной жесткости». Гипертензия . 66 (3): 698– 722. doi :10.1161/HYP.00000000000000033. PMC 4587661. PMID  26160955 . 
  15. ^ ab Spronck B, Heusinkveld MH, Vanmolkot FH, Roodt JO, Hermeling E, Delhaas T и др. (февраль 2015 г.). «Зависимость артериальной жесткости от давления: потенциальные клинические последствия». Journal of Hypertension . 33 (2): 330– 8. doi :10.1097/HJH.00000000000000407. PMID  25380150. S2CID  6771532.
  16. ^ Milnor WR (1982). Гемодинамика . Балтимор: Williams & Wilkins. ISBN 978-0-683-06050-8.
  17. ^ Бутуири П., Брит М., Коллин С., Вермеерш С., Панье Б. (февраль 2009 г.). «Оценка скорости пульсовой волны». Исследование артерий . 3 (1): 3– 8. doi :10.1016/j.artres.2008.11.002.
  18. ^ Bramwell JC, Hill AV (1922). «Скорость пульсовой волны у человека». Труды Лондонского королевского общества. Серия B. 93 ( 652): 298– 306. Bibcode : 1922RSPSB..93..298C. doi : 10.1098/rspb.1922.0022. JSTOR  81045. S2CID  120673490.
  19. ^ Meinders JM, Kornet L, Brands PJ, Hoeks AP (октябрь 2001 г.). «Оценка локальной скорости пульсовой волны в артериях с использованием 2D-волн растяжения». Ultrasonic Imaging . 23 (4): 199– 215. doi :10.1177/016173460102300401. PMID  12051275. S2CID  119853231.
  20. ^ Rabben SI, Stergiopulos N, Hellevik LR, Smiseth OA, Slørdahl S, Urheim S, et al. (Октябрь 2004). «Метод определения скорости пульсовой волны в поверхностных артериях на основе ультразвука». Журнал биомеханики . 37 (10): 1615– 22. doi :10.1016/j.jbiomech.2003.12.031. PMID  15336937.
  21. ^ Westenberg JJ, van Poelgeest EP, Steendijk P, Grotenhuis HB, Jukema JW, de Roos A (январь 2012 г.). «Моделирование Брамвелла-Хилла для оценки скорости локальной аортальной пульсовой волны: исследование валидации с сердечно-сосудистым магнитным резонансом с кодированием скорости и инвазивной оценкой давления». Журнал кардиоваскулярного магнитного резонанса . 14 (1): 2. doi : 10.1186/1532-429x-14-2 . PMC 3312851. PMID  22230116 . 
  22. ^ Khir AW, O'Brien A, Gibbs JS, Parker KH (сентябрь 2001 г.). «Определение скорости волны и разделения волн в артериях». Журнал биомеханики . 34 (9): 1145–55 . doi :10.1016/S0021-9290(01)00076-8. PMID  11506785.
  23. ^ Murgo JP, Westerhof N, Giolma JP, Altobelli SA (июль 1980 г.). «Входное сопротивление аорты у нормального человека: связь с формами волн давления». Circulation . 62 (1): 105–16 . doi : 10.1161/01.CIR.62.1.105 . PMID  7379273.
  24. ^ Хьюз AD, Паркер KH (февраль 2009). «Прямые и обратные волны в артериальной системе: анализ импеданса или интенсивности волн?». Медицинская и биологическая инженерия и вычисления . 47 (2): 207– 10. doi :10.1007/s11517-009-0444-1. PMID  19198913. S2CID  9184560.
  25. ^ Feng J, Khir AW (февраль 2010 г.). «Определение скорости волны и разделения волн в артериях с использованием диаметра и скорости». Журнал биомеханики . 43 (3): 455–62 . doi :10.1016/j.jbiomech.2009.09.046. PMID  19892359.
  26. ^ Wilkinson IB, McEniery CM, Schillaci G, Boutouyrie P, Segers P, Donald A, Chowienczyk PJ (2010). "Руководство общества ARTERY по валидации неинвазивных гемодинамических измерительных приборов: Часть 1, скорость артериальной пульсовой волны". Artery Research . 4 (2): 34– 40. doi :10.1016/j.artres.2010.03.001. ISSN  1872-9312. S2CID  72677188.
  27. ^ Park JB, Kario K (январь 2017 г.). «Новая эпоха измерения артериальной жесткости в клинике». Pulse . 4 (Suppl 1): 1– 2. doi :10.1159/000448497. PMC 5319595 . PMID  28275587. 
  28. ^ Davies JM, Bailey MA, Griffin KJ, Scott DJ (декабрь 2012 г.). «Скорость пульсовой волны и неинвазивные методы ее оценки: Complior, SphygmoCor, Arteriograph и Vicorder». Сосудистые заболевания . 20 (6): 342– 9. doi :10.1258/vasc.2011.ra0054. PMID  22962046. S2CID  39045866.
  29. ^ Pereira T, Correia C, Cardoso J (2015). «Новые методы измерения скорости пульсовой волны». Журнал медицинской и биологической инженерии . 35 (5): 555– 565. doi :10.1007/s40846-015-0086-8. PMC 4609308. PMID  26500469 . 
  30. ^ Horváth IG, Németh A, Lenkey Z, Alessandri N, Tufano F, Kis P, Gaszner B, Cziráki A (октябрь 2010 г.). «Инвазивная валидация нового осциллометрического устройства (артериографа) для измерения индекса аугментации, центрального артериального давления и скорости пульсовой волны в аорте». Журнал гипертонии . 28 (10): 2068–75 . doi :10.1097/HJH.0b013e32833c8a1a. PMID  20651604. S2CID  3121785.
  31. ^ Nabeel PM, Jayaraj J, Mohanasankar S (ноябрь 2017 г.). «Измерение локальной скорости пульсовой волны с использованием одного источника PPG: потенциальный метод оценки артериального давления без манжеты». Physiological Measurement . 38 (12): 2122– 2140. Bibcode : 2017PhyM...38.2122N. doi : 10.1088/1361-6579/aa9550. PMID  29058686. S2CID  29219917.
  32. ^ Campo D, Khettab H, Yu R, Genain N, Edouard P, Buard N, Boutouyrie P (сентябрь 2017 г.). «Измерение скорости пульсовой волны в аорте с помощью подключенных весов для ванной комнаты». Американский журнал гипертонии . 30 (9): 876– 883. doi :10.1093/ajh/hpx059. PMC 5861589. PMID  28520843 . 
  33. ^ Amaral AF, Patel J, Gnatiuc L, Jones M, Burney PG (декабрь 2015 г.). «Связь скорости пульсовой волны с общей емкостью легких: поперечный анализ исследования BOLD London». Respiratory Medicine . 109 (12): 1569–75 . doi :10.1016/j.rmed.2015.10.016. PMC 4687496. PMID  26553156 . 
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Pulse_wave_velocity&oldid=1266261046"