Однією з провідних ланок у патогенезі розладів церебральної гемодинаміки є порушення ауторегуляції мозкового кровотоку (АРМК), що забезпечує в нормальних умовах сталість мозкового кровотоку не тільки при ступенеподібних змінах системного артеріального тиску (САД), але і при спонтанних коліленнях С8. -0.12 Гц [2, 7, 9, 11, 13, 14]. З цих позицій АРМК розглядається як система фільтру, що пропускає в нормі лише високочастотні пульсові та дихальні колівання САД (0.15-1.6 Гц). У той же час дана система демпфує колівання САД у діапазоні М-хвиль, що проявляється зниженням когерентності та підвищенням фазового зсуву між коліваннями САД та лінійної швидкості кровотоку (ЛСК) у магістральних внутрішньочерепних артеріях у цьому діапазоні. Отримані дані свідчать про частотну залежність системи АРМК, яка, таким чином, є більш ефективною у середньочастотному діапазоні, ніж високочастотному. Порушення АРМК призводять до підвищення пропускної здатності ауторегуляторного фільтра в діапазоні М-хвиль і, як наслідок, підвищення когерентності та зниження фазового зсуву між коліваннями САД та ЛСК у цьому діапазоні [2-5, 7-13].
Цінність даного підходу у вивченні АРМК полягає в тому, що за допомогою методу кроспектрального аналізу повільних спонтанних колівань САД та ЛСК стала можливою оцінка стану системи мозкового кровообігу в умовах, найбільш наближених до фізіологічних.
Одним з найбільш інформативних показників за даними кроспектрального аналізу стану АРМК є фазовий зсув між коліваннями САД та ЛСК у діапазоні М-хвиль [2-5, 8, 10, 12]. У ту саму годину зазначені відомості більшості досліджень отримані за умов примусового дихання з частотою, відповідної середньої частоти М-хвиль (0.1 Гц) – 6 разів на хвилину [3-5, 10]. Дихання із зазначеною частотою нерідко викликає у випробуваних почуття дискомфорту, насамперед у пацієнтів. Наведені в літературі відомості про дослідження повільних колівань ЛСК і САД в умовах спонтанного дихання дуже обмежені [8, 14], хоча нам видається, що саме в цих умовах відбувається найменший зовнішній вплив на систему мозкового кровообігу
Крім того, є протиріччя і методологічному плані. У літературі немає єдиної думки про тривалість дослідження, оптимальною для проведення кроспектрального аналізу, що є дуже важливим у клінічній практикі, оскільки поряд з інформативністю та неінвазивністю методу невід'ємної умови його ефективності є також своєчасність отримання необхідних відомостей про стан АРМК.
Метою цього дослідження стала розробка методу неінвазивної оцінки стану АРМК у нейрохірургічних хворих за допомогою кроспектрального аналізу коливань САД та ЛСК у діапазоні М-хвиль в умовах спонтанного дихання.
Матеріали та методи
Обстежено 20 здорових добровольців та 49 пацієнтів з різною цереброваскулярною патологією.
Вік добровольців варіював від 18 до 42 років. Всі добровольці мали нормальний артеріальний тиск і частоту серцевих скорочень, були практично здоровими і не мали в анамнезі життя відомостей про хронічну та гостру серцеву або церебральну патологію.
Вік хворих варіював від 18 до 64 років. Церебральні аневризми мали 39 хворих, артеріовенозні мальформації головного мозку (АВМ) – 10 хворих. Дослідження проводили як у гострій стадії маніфестації захворювання, так і у віддаленому періоді. Усім хворим було виконано оперативні втручання. У 29 хворих із церебральними аневризмами виконані внутрішньочерепні операції – кістково-пластична трепанація черепа, кліпування шийки аневризми – за стандартною технологією. В інших 20 хворих виконані ендоваскулярні операції за стандартною методикою доступом через праву стегнову артерію. АВМ були емболізовані через аферентні судини гістоакрилом, аневризми – спіраллю. Дослідження виконували до анестезії.
Моніторинг ЛЗК в середній мозковій артерії (СМА) проводили за допомогою системи Multi Dop X (DWL, Німеччина). САД реєстрували неінвазивним способом – черезшкірною фотоплетизмографією на пальці руки за допомогою приладу Finapres – 2300 (Ohmeda, США). Після перетворення сигнали САД подавали на додатковий аналоговий вхід системи Multi Dop X. При виконанні моніторингу показників, що реєструються, обстежуваний знаходився в горизонтальному положенні з піднятим на 30° головним кінцем. Безперервну реєстрацію проводили протягом 5 хвилин у стані спокою за збереження спонтанного дихання, яке відповідало режиму нормовентиляції.
Оцінку стану АРМК проводили з допомогою манжетного тесту [1]. Розраховували швидкість АРМК (RoR), яка в нормі становить 20±3 %/с і залежить від напруги СО2, знижуючись при гіперкапнії та зростаючи при гіпокапнії [1].
Кросспектральний аналіз виконували за допомогою програми "Statistica 6.0 for Windows" у модулі "Тимчасові ряди та прогнозування". Перед проведенням спектрального аналізу з метою досягнення стаціонарності часового ряду робили віднімання середнього з значень ряду. Для усунення випадкових шумів, зменшення розсіювання часового ряду та виявлення частот з великими спектральними щільностями, які роблять найбільший внесок у періодичну поведінку всього ряду, проводили згладжування значень періодограми за допомогою перетворення зваженого ковзного середнього у вікні Хеммінга. Розраховували фазовий зсув (у радіанах) між коливаннями САД та ЛСК у діапазоні М-хвиль.
Статистичну обробку одержаних даних проводили за допомогою стандартних методів обробки наукових досліджень. Використовували параметричні (Стьюдента t) та непараметричні (Колмогорова – Смирнова) критерії. Відмінність вважали достовірними при р<0.05.
Протокол проведення дослідження у добровольців та пацієнтів був схвалений Етичним комітетом. Дослідження виконували після отримання письмової згоди пацієнта.
Результати
Нормальні показники
При нормальних значеннях ЛСК від 49 до 64 см/с та САД від 86 до 102 мм рт.ст. швидкість АРМК за даними манжетного тесту склала 30% / с, фазовий зсув між коливаннями САД і ЛСК в діапазоні М-хвиль варіював від 1.2 до 1.7 рад.
Середнє значення фазового зсуву між коливаннями САД та ЛСК у діапазоні М-хвиль у групі добровольців з нормальними показниками системної та церебральної гемодинаміки (САД – 90±3 мм рт.ст., ЛСК – 68±3 см/с), швидкості АРМК (27 ±5%/с) становило 1.0±0.1 рад.
Церебральні аневризми
У хворої у віддаленому періоді крововиливу за відсутності вазоспазму за даними церебральної ангіографії та транскраніальної доплерографії, ознак внутрішньочерепної гіпертензії, з мінімальним неврологічним дефіцитом, нормальних значеннях ЛСК у правій передній мозковій артерії (від 45 до 68 57 до 82 см/с), САД (від 73 до 93 мм рт.ст.), швидкість АРМК за даними манжетного тесту відповідала нормальним значенням і становить 20 %/с з обох сторін. Фазовий зсув між коливаннями САД та ЛСК у правій передній мозковій артерії в діапазоні М-хвиль варіював від 0.7 до 1.2 рад, між коливаннями САД та ЛСК у лівій середній мозковій артерії – від 0.8 до 1.3 рад.
Середнє значення фазового зсуву між коливаннями САД та ЛСК на стороні патології в діапазоні М-хвиль у групі хворих з церебральними аневризмами у віддаленому періоді крововиливу при нормальних значеннях САД (89±3 мм рт.ст.), ЛСК у тому ж судинному басейні (62 ±3 см/с), швидкість АРМК (20±1 %/с) була достовірно нижчою, ніж у здорових добровольців і склала 0.6±0.1 рад.
У хворої в геморагічному періоді крововиливу, фазу найбільш виражених порушень мозкового кровообігу, тяжкість стану за шкалою її оцінки у пацієнтів з нетравматичними крововиливами, прийнятою Всесвітньою Асоціацією нейрохірургів у 1988 [6], відповідала III ступеня. При нормальних показниках САД (від 83 до 101 мм рт.ст.) мали місце ознаки вираженого вазоспазму в басейні, що відповідає локалізації аневризми (ЛСК у лівій середній мозковій артерії – від 178 до 203 см/с) та помірного вазоспазму на контрала у правій середній мозковій артерії – від 96 до 128 см/с). Швидкість АРМК ліворуч становила 5%/с, праворуч – 20%/с. Разом з тим, відзначалося зниження фазового зсуву між коливаннями САД та ЛСК у лівій середній мозковій артерії в діапазоні М-хвиль (від 0.1 до 1.0 рад),
Середнє значення фазового зсуву між коливаннями САД і ЛСК на стороні патології в діапазоні М-хвиль у групі хворих з церебральними аневризмами (включаючи хворих без вазоспазму та хворих з різним ступенем його виразності) у геморагічному періоді крововиливу було достовірно нижче, ніж у нормі (p< 0.05), і становило 0.4±0.1 рад. Середнє значення САД становило 94±3 мм рт.ст., ЛСК за патології – 120±17 див/с, швидкості АРМК – 13±1 %/с.
Артеріовенозні мальформації
У пацієнтки без грубої неврологічної симптоматики, при нормальних показниках САД (від 86 до 103 мм рт.ст.), ЛСК у правій середній мозковій артерії на боці патології характеризувалася наявністю вираженого шунта (від 150 до 165 см/с) та зниженням швидкості АРМК до 5%/с. ЛСК у лівій середній мозковій артерії, без ознак шунтуючого процесу, була в межах від 45 до 57 см/с. Швидкість АРМК у ній, за даними манжетного тесту, склала 30 %/с. Фазовий зсув між коливаннями САД і ЛСК у діапазоні М-хвиль у правій середній мозковій артерії на стороні мальформації (від –0.02 до –0.14 рад) був значно нижчим, ніж у лівій середній мозковій артерії (від 0.7 до 1.3 рад).
Середнє значення фазового зсуву між коливаннями САД і ЛСК у діапазоні М-хвиль на боці мальформації склало 0.5±0.1 рад, на контралатеральній стороні – 0.9±0.1 рад (p<0.05). Середнє значення САД склало 89±3 мм рт.ст., ЛСК на боці патології – 131±9 см/с, на протилежному боці – 67±6 см/с, швидкості АРМК за даними манжетного тесту – 8±1 %/c та 21±1 %/с відповідно.
Порівняльний аналіз показників АРМК
Результати кроспектрального аналізу М-хвиль САД та ЛСК у нейрохірургічних хворих, представлені на рис. 5, характеризують стан церебральної гемодинаміки в судинному басейні, який відповідає локалізації аневризми або артеріовенозної мальформації, яка, як правило, збігалася зі стороною ураженої півкулі головного мозку. У всіх хворих відзначається суттєве зниження фазового зсуву коливаннями САД та ЛСК у діапазоні М-хвиль при порівнянні з результатами дослідження у добровольців (p<0.05). У пацієнтів із церебральними аневризмами у геморагічному періоді крововиливу виявляються найбільш виражені порушення АРМК, що проявляється максимальним зниженням фазового зсуву .Крім того, у хворих з артеріовенозними мальформаціями відзначається достовірне ((p<0.05) зниження фазового зсуву на стороні патології, що визначається ступенем шунтування.
Обговорення
Отримані нами результати кроспектрального аналізу М-хвиль САД і ЛСК, а також дані, що наводяться у світовій літературі, підкреслюють пріоритетні напрями в області вивчення стану системи мозкового кровообігу на основі оцінки кількісних характеристик хвильових процесів середньо- та низькочастотного діапазону, крім того, вони підтверджують можливість їх застосування як альтернативного способу оцінки стану церебральної гемодинаміки, що відрізняється більшою фізіологічністю, безпекою та меншим дискомфортом для обстежуваного порівняно з іншими методами.
На основі проведення кроспектрального аналізу ЛСК та САД встановлено нормальні значення фазового зсуву між М-хвилями ЛСК та САД у здорових добровольців, аналогічні результатам, отриманим іншими авторами з використанням інших статистичних програм [7, 9, 13, 14]. Значення фазового зсуву корелювали зі швидкістю АРМК за даними манжетного тесту (r=0.6). Вищеописані переваги кроспектрального аналізу зумовлюють його перевагу при дослідженні церебральної гемодинаміки не тільки у добровольців, але також і у хворих з різною нейрохірургічною патологією.
Так, у хворих з церебральними аневризмами у віддаленому періоді крововиливу встановлено, що швидкість АРМК за даними манжетного тесту перебувала в межах нормальних значень, хоч і була нижчою, ніж у здорових випробуваних. У той же час фазовий зсув між САД і ЛСК у діапазоні М-хвиль був істотно нижчим за нормальні значення. Якщо виходити з того, що швидкість АРМК і фазовий зсув – параметри, що характеризують одні й ті ж авторегуляторні механізми, то можна зробити висновок про те, що кроспектральний аналіз є більш чутливим у діагностиці порушень АРМК у хворих з церебральними аневризмами у віддаленому періоді крововиливу. Зниження фазового зсуву між САД та ЛСК у діапазоні М-хвиль до 0.6±0.1 рад у даній групі пацієнтів свідчить на користь того, що навіть у віддаленому періоді крововиливу,
У хворих на геморагічний період крововиливу порушення АРМК виявляються як за даними манжетного тесту, так і за результатами кроспектрального аналізу. Швидкість АРМК та фазовий зсув між САД та ЛСК у діапазоні М-хвиль істотно відрізняються від аналогічних значень у здорових випробуваних та хворих у віддаленому періоді крововиливу. Передопераційна діагностика порушень АРМК у цій групі пацієнтів може мати значення визначення тактики хірургічного лікування. Оцінка АРМК на основі кроспектрального аналізу може бути кращою порівняно з манжетним тестом, так як проведення останнього не завжди виправдане у хворих, церебральна гемодинаміка яких стає більш залежною від системної.
У хворих з артеріовенозними мальформаціями головного мозку низькі значення фазового зсуву між САД та ЛСК у діапазоні М-хвиль на стороні патології, мабуть, визначаються ступенем вираженості шунтуючого процесу та участю аферентної судини у кровопостачанні прилеглих до артеріовенозної мальформації здорових.
Слід зазначити, що дослідження ЛСК на боці артеріовенозної мальформації проводили в тій артерії, безпосереднім продовженням якої була аферентна судина мальформації або в самій аферентній судині, якщо це було технічно можливим. Можна припустити, що швидкість АРМК у судинному басейні, що бере участь у кровопостачанні артеріовенозної мальформації, спочатку знижено за рахунок відсутності АРМК у судинах артеріовенозної мальформації. Судини мікроциркуляторного русла суміжних із артеріовенозною мальформацією зон головного мозку реагують на зниження церебрального перфузійного тиску (за рахунок шунтування) тривалою компенсаторною вазодилатацією, що згодом призводить до зниження швидкості АРМК у цих зонах. Чим більш виражений шунтуючий процес, тим паче вираженими може бути компенсаторна вазодилатація і зниження швидкості АРМК. При виборчій емболізації аферентної судини мальформації слід очікувати нормалізації церебрального перфузійного тиску та підвищення швидкості АРМК у судинному басейні, що бере участь у кровопостачанні як артеріовенозної мальформації, так і суміжних зон головного мозку за рахунок перерозподілу кровотоку у бік останніх.
Таким чином, кроспектральний аналіз М-хвиль САД та ЛСК в умовах спонтанного дихання є адекватним неінвазивним методом оцінки стану системи мозкового кровообігу та може бути використаний для вивчення механізмів регуляції мозкового кровотоку при обстеженні здорових добровольців та діагностики та прогнозування порушень АРМК у періодичному періоді у хворих різною нейрохірургічною патологією.