Скорость пульсовой волны
Скорость пульсовой волны | |
---|---|
Цель | Для измерения жесткости артерий |
Скорость пульсовой волны ( СПВ ) — это скорость , с которой артериального давления импульс распространяется по кровеносной системе , обычно по артерии или по совокупности артерий. [1] СПВ используется в клинической практике как мера жесткости артерий и может быть легко измерена у людей неинвазивным способом, при этом рекомендуемым методом является измерение СПВ от сонной артерии до бедренной кости (cfPWV). [2] [3] [4] cfPWV отличается высокой воспроизводимостью, [5] и прогнозирует будущие сердечно-сосудистые события от всех причин и смертность независимо от обычных сердечно-сосудистых факторов риска. [6] [7] Он был признан Европейским обществом гипертонии индикатором поражения органов-мишеней и полезным дополнительным тестом при исследовании гипертонии . [8]
Связь с артериальной жесткостью
[ редактировать ]Теория скорости передачи импульса через кровообращение восходит к 1808 году благодаря работе Томаса Янга . [9] Взаимосвязь между скоростью пульсовой волны (СПВ) и жесткостью артериальной стенки можно вывести из второго закона движения Ньютона ( ) прилагается к небольшому жидкостному элементу, где сила, действующая на элемент, равна произведению плотности (массы на единицу объема; ) и ускорение . [10] Подход к расчету PWV аналогичен расчету скорости звука . , в сжимаемой жидкости (например, воздухе ):
,
где объемный модуль и это плотность жидкости.
Уравнение Франка/Брэмвелла-Хилла
[ редактировать ]Для несжимаемой жидкости ( крови ) в сжимаемой (эластичной) трубке (например, артерии): [11]
,
где - объем на единицу длины и это давление . Это уравнение , выведенное Отто Франком : [12] и Джон Крайтон Брэмвелл и Арчибальд Хилл . [13]
Альтернативные формы этого уравнения:
, или ,
где - радиус трубки и это растяжимость .
Уравнение Моэнса – Кортевега.
[ редактировать ]Уравнение Моэнса – Кортевега :
- ,
характеризует PWV с точки зрения дополнительного модуля упругости стенки сосуда, толщина стенки , и радиус. Оно было независимо получено Адрианом Изебри Моенсом и Дидериком Кортевегом и эквивалентно уравнению Фрэнка/Брэмвелла Хилла: [11] : 64
Эти уравнения предполагают, что:
- площадь сосудов практически не изменяется.
- толщина стенок практически не изменяется.
- изменение плотности незначительно или отсутствует (т. е. кровь считается несжимаемой).
- ничтожно мал.
Изменения в системе кровообращения
[ редактировать ]Поскольку толщина стенки, радиус и дополнительный модуль упругости варьируются от кровеносного сосуда к кровеносному сосуду, СПВ также будет различаться в зависимости от сосуда. [11] Большинство измерений СПВ представляют собой среднюю скорость по нескольким сосудам (например, от сонной до бедренной артерии ). [ нужна ссылка ]
Зависимость от артериального давления
[ редактировать ]СПВ по своей природе зависит от артериального давления. [14] СПВ увеличивается с давлением по двум причинам:
- Артериальная податливость ( ) уменьшается с повышением давления из-за криволинейной зависимости между артериальным давлением и объемом.
- Объем ( ) увеличивается с увеличением давления (артерия расширяется), что непосредственно увеличивает СПВ.
Экспериментальные подходы, используемые для измерения скорости пульсовой волны
[ редактировать ]Для измерения СПВ можно использовать ряд инвазивных и неинвазивных методов. Некоторые общие подходы:
Использование двух одновременно измеренных сигналов давления
[ редактировать ]PWV по определению — это пройденное расстояние ( ) пульсовой волной, деленной на время ( ) чтобы волна прошла это расстояние:
,
на практике этот подход осложняется наличием отраженных волн. [11] Широко распространено мнение, что отражения минимальны во время поздней диастолы и ранней систолы . [11] При таком предположении, СПВ может быть измерена с использованием «основания» формы волны давления в качестве контрольного маркера, полученного при инвазивных или неинвазивных измерениях; время прохождения соответствует задержке прибытия стопы между двумя точками, находящимися на известном расстоянии друг от друга. Обнаружение основания кривой давления может быть проблематичным. [15] Преимущество измерения СПВ от стопы до стопы заключается в простоте измерения, требующем только двух форм волны давления, записанных с помощью инвазивных катетеров или неинвазивно с использованием устройств для определения пульса, приложенных к коже в двух местах измерения, и рулетки. [16]
Использование давления и объема или давления и диаметра
[ редактировать ]Это основано на методе, описанном Bramwell & Hill. [17] который предложил модификации уравнения Моенса-Кортвега. Если цитировать напрямую, то эти модификации заключались в следующем:
«Небольшой подъем можно показать, что давление вызывает небольшое увеличение, , в радиусе артерии или небольшое увеличение, , в своем объеме на единицу длины. Следовательно "
где представляет толщину стенки (определяемую как выше), модуль упругости и радиус судна (определяемый как выше). Это позволяет рассчитать локальную СПВ в терминах , или , как подробно описано выше, и обеспечивает альтернативный метод измерения СПВ, если измеряются давление и размеры артерий, например, с помощью ультразвука. [18] [19] или магнитно-резонансная томография (МРТ) . [20]
Использование скорости потока, давления и объемного расхода или характеристического импеданса.
[ редактировать ]Уравнение гидроудара , выраженное либо через давление и скорость потока, [21] давление и объемный расход или характеристический импеданс [22] может использоваться для расчета локальной PWV:
,
где это скорость, расход объемный , характеристический импеданс и – площадь поперечного сечения сосуда. Этот подход действителен только тогда, когда отражения волн отсутствуют или минимальны, предполагается, что это имеет место в ранней систоле. [23]
Использование зависимостей диаметр-скорость потока
[ редактировать ]В методе, родственном методу скорости потока и давления, для определения локальной СПВ используется диаметр сосуда и скорость потока. [24] Оно также основано на уравнении гидроудара:
,
и поскольку
,
где — диаметр; затем:
,
или используя дополнительную окружную деформацию, ,
СПВ можно выразить через и
,
поэтому строим график против дает «петлю lnDU», и линейная часть во время ранней систолы, когда предполагается, что отраженные волны минимальны, может использоваться для расчета СПВ.
Клинические измерения
[ редактировать ]Клинические методы
[ редактировать ]Клинически СПВ можно измерить несколькими способами и в разных местах. «Золотым стандартом» оценки жесткости артерий в клинической практике является cfPWV, [3] [4] и были предложены руководящие принципы валидации. [25] Другие измерения, такие как плече-лодыжечный индекс PWV и сердечно-лодыжечно-сосудистый индекс ( CAVI ), также популярны. [26] 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 на шее. пах. [3] Существует множество устройств для измерения cfPWV; [27] [28] некоторые методы включают в себя:
- использование датчика для регистрации времени прибытия пульсовой волны на сонные и бедренные артерии.
- использование манжет, накладываемых на конечности и шею, для регистрации времени прихода пульсовой волны осциллометрически.
- использование ультразвуковой допплерографии или магнитно-резонансной томографии для регистрации времени прибытия пульсовой волны на основе формы волны скорости потока.
Новые устройства, в которых используется манжета, [29] датчики на кончиках пальцев [30] или специальные весы [31] были описаны, но их клиническое значение еще предстоит полностью установить.
Интерпретация
[ редактировать ]Текущие рекомендации Европейского общества гипертонии гласят, что измеренная СПВ более 10 м/с может считаться независимым маркером повреждения органов-мишеней. [8] Однако использование фиксированного порогового значения СПВ обсуждается, поскольку СПВ зависит от артериального давления. [14] Высокая скорость пульсовой волны (СПВ) также связана с плохой функцией легких. [32]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ 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. дои : 10.1109/RBME.2019.2931587 . ISSN 1937-3333 . ПМИД 31369386 . S2CID 199381680 .
- ^ Лоран С., Кокрофт Дж., Ван Бортель Л., Бутуири П., Джаннаттасио С., Хайоз Д. и др. (ноябрь 2006 г.). «Экспертный консенсусный документ по артериальной ригидности: методологические проблемы и клиническое применение» . Европейский кардиологический журнал . 27 (21): 2588–605. doi : 10.1093/eurheartj/ehl254 . ПМИД 17000623 .
- ^ Jump up to: а б с Ван Бортель Л.М., Лоран С., Бутуири П., Човенчик П., Круикшанк Дж.К., Де Бакер Т. и др. (март 2012 г.). «Экспертный консенсусный документ по измерению жесткости аорты в повседневной практике с использованием скорости пульсовой волны сонной и бедренной артерий» . Журнал гипертонии . 30 (3): 445–8. дои : 10.1097/HJH.0b013e32834fa8b0 . hdl : 1765/73145 . ПМИД 22278144 .
- ^ Jump up to: а б Таунсенд Р.Р., Уилкинсон И.Б., Шиффрин Э.Л., Аволио А.П., Чиринос Дж.А., Кокрофт Дж.Р. и др. (сентябрь 2015 г.). «Рекомендации по улучшению и стандартизации сосудистых исследований жесткости артерий: научное заявление Американской кардиологической ассоциации» . Гипертония . 66 (3): 698–722. doi : 10.1161/HYP.0000000000000033 . ПМЦ 4587661 . ПМИД 26160955 .
- ^ Уилкинсон И.Б., Фукс С.А., Янсен И.М., Спратт Дж.К., Мюррей Г.Д., Кокрофт-младший, Уэбб DJ (декабрь 1998 г.). «Воспроизводимость скорости пульсовой волны и индекса увеличения, измеренного с помощью анализа пульсовой волны». Журнал гипертонии . 16 (12, часть 2): 2079–84. дои : 10.1097/00004872-199816121-00033 . ПМИД 9886900 . S2CID 19246322 .
- ^ Влахопулос С., Азнауридис К., Стефанадис С. (март 2010 г.). «Прогнозирование сердечно-сосудистых событий и смертности от всех причин при артериальной жесткости: систематический обзор и метаанализ» . Журнал Американского колледжа кардиологов . 55 (13): 1318–27. дои : 10.1016/j.jacc.2009.10.061 . ПМИД 20338492 .
- ^ Бен-Шломо Ю., Спирс М., Бустред С., Мэй М., Андерсон С.Г., Бенджамин Э.Дж. и др. (февраль 2014 г.). «Скорость пульсовой волны в аорте улучшает прогнозирование сердечно-сосудистых событий: метаанализ отдельных участников проспективных данных наблюдений 17 635 субъектов» . Журнал Американского колледжа кардиологов . 63 (7): 636–646. дои : 10.1016/j.jacc.2013.09.063 . ПМК 4401072 . ПМИД 24239664 .
- ^ Jump up to: а б Мансия Г., Фагард Р., Наркевич К., Редон Дж., Занкетти А., Бём М. и др. (июль 2013 г.). «Руководство ESH/ESC по ведению артериальной гипертензии 2013 года: Целевая группа по лечению артериальной гипертензии Европейского общества гипертонии (ESH) и Европейского общества кардиологов (ESC)» . Журнал гипертонии . 31 (7): 1281–357. дои : 10.1097/01.hjh.0000431740.32696.cc . ПМИД 23817082 .
- ^ Молодой Т. (1809). «Крунианская лекция: О функциях сердца и артерий». Философские труды Лондонского королевского общества . 99 : 1–31. дои : 10.1098/rstl.1809.0001 . S2CID 110648919 .
- ^ Сэр, Лайтхилл, MJ (1978). Волны в жидкостях . Кембридж [Англия]: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521216890 . OCLC 2966533 .
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с д и Макдональд Д.А., Николс В.В., О'Рурк М.Дж., Хартли С. (1998). Кровоток Макдональда в артериях, теоретические, экспериментальные и клинические принципы (4-е изд.). Лондон: Арнольд. ISBN 978-0-340-64614-4 .
- ^ Франк, Отто (1920). «Эластичность сосудов». Журнал биологии . 71 : 255-272.
- ^ Брамвелл Дж. К., Хилл А. В. (1922). «Скорость передачи пульсовой волны и эластичность артерий» . Ланцет . 199 (5149): 891–2. дои : 10.1016/S0140-6736(00)95580-6 .
- ^ Jump up to: а б Спронк Б., Хейсинквельд М.Х., Ванмолкот Ф.Х., Рудт Дж.О., Хермелинг Э., Делхаас Т. и др. (февраль 2015 г.). «Зависимость жесткости артерий от давления: потенциальные клинические последствия» . Журнал гипертонии . 33 (2): 330–8. дои : 10.1097/HJH.0000000000000407 . ПМИД 25380150 . S2CID 6771532 .
- ^ Милнор В.Р. (1982). Гемодинамика . Балтимор: Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-683-06050-8 .
- ^ Бутуири П., Брит М., Коллин С., Вермеерш С., Панье Б. (февраль 2009 г.). «Оценка скорости пульсовой волны». Исследование артерий . 3 (1): 3–8. дои : 10.1016/j.artres.2008.11.002 .
- ^ Брамвелл Дж. К., Хилл А. В. (1922). «Скорость пульсовой волны у человека». Труды Лондонского королевского общества. Серия Б. 93 (652): 298–306. Бибкод : 1922РСПСБ..93..298С . дои : 10.1098/rspb.1922.0022 . JSTOR 81045 . S2CID 120673490 .
- ^ Мейндерс Дж. М., Корнет Л., Брэндс П. Дж., Хукс А. П. (октябрь 2001 г.). «Оценка локальной скорости пульсовой волны в артериях с использованием двумерных сигналов растяжения». Ультразвуковая визуализация . 23 (4): 199–215. дои : 10.1177/016173460102300401 . ПМИД 12051275 . S2CID 119853231 .
- ^ Раббен С.И., Стергиопулос Н., Хеллевик Л.Р., Смизет О.А., Слёрдал С., Урхейм С. и др. (октябрь 2004 г.). «Ультразвуковой метод определения скорости пульсовой волны в поверхностных артериях». Журнал биомеханики . 37 (10): 1615–22. дои : 10.1016/j.jbiomech.2003.12.031 . ПМИД 15336937 .
- ^ Вестенберг Дж.Дж., ван Поелгест Э.П., Стендейк П., Гротенхейс Х.Б., Джукема Дж.В., де Роос А. (январь 2012 г.). «Моделирование Брамвелла-Хилла для оценки скорости локальной пульсовой волны в аорте: проверочное исследование с использованием сердечно-сосудистого магнитного резонанса с кодированием скорости и инвазивной оценки давления» . Журнал сердечно-сосудистого магнитного резонанса . 14 (1): 2. дои : 10.1186/1532-429x-14-2 . ПМЦ 3312851 . ПМИД 22230116 .
- ^ Хир А.В., О'Брайен А., Гиббс Дж.С., Паркер К.Х. (сентябрь 2001 г.). «Определение скорости волны и разделения волн в артериях». Журнал биомеханики . 34 (9): 1145–55. дои : 10.1016/S0021-9290(01)00076-8 . PMID 11506785 .
- ^ Мурго Дж.П., Вестерхоф Н., Джиолма Дж.П., Альтобелли С.А. (июль 1980 г.). «Входное сопротивление аорты у нормального человека: связь с формами волны давления» . Тираж . 62 (1): 105–16. дои : 10.1161/01.CIR.62.1.105 . ПМИД 7379273 .
- ^ Хьюз А.Д., Паркер К.Х. (февраль 2009 г.). «Прямые и обратные волны в артериальной системе: анализ импеданса или интенсивности волн?». Медицинская и биологическая инженерия и вычислительная техника . 47 (2): 207–10. дои : 10.1007/s11517-009-0444-1 . ПМИД 19198913 . S2CID 9184560 .
- ^ Фэн Дж, Кхир А.В. (февраль 2010 г.). «Определение скорости волны и разделения волн в артериях по диаметру и скорости». Журнал биомеханики . 43 (3): 455–62. doi : 10.1016/j.jbiomech.2009.09.046 . ПМИД 19892359 .
- ^ Уилкинсон И.Б., МакЭниери СМ, Шиллачи Г., Бутуири П., Сегерс П., Дональд А., Човенчик П.Дж. (2010). «Руководство общества ARTERY по валидации устройств для неинвазивного измерения гемодинамики: Часть 1, скорость артериальной пульсовой волны». Исследование артерий . 4 (2): 34–40. дои : 10.1016/j.artres.2010.03.001 . ISSN 1872-9312 . S2CID 72677188 .
- ^ Пак Джей Би, Карио К (январь 2017 г.). «Новая эпоха измерения жесткости артерий в клинике» . Пульс . 4 (Приложение 1): 1–2. дои : 10.1159/000448497 . ПМЦ 5319595 . ПМИД 28275587 .
- ^ Дэвис Дж. М., Бейли М. А., Гриффин К. Дж., Скотт DJ (декабрь 2012 г.). «Скорость пульсовой волны и неинвазивные методы ее оценки: Комплиор, СфигмоКор, Артериограф и Викордер». Сосудистый . 20 (6): 342–9. дои : 10.1258/vasc.2011.ra0054 . ПМИД 22962046 . S2CID 39045866 .
- ^ Перейра Т., Коррейя С., Кардозу Дж. (2015). «Новые методы измерения скорости пульсовой волны» . Журнал медицинской и биологической инженерии . 35 (5): 555–565. дои : 10.1007/s40846-015-0086-8 . ПМК 4609308 . ПМИД 26500469 .
- ^ Хорват И.Г., Немет А., Ленки З., Алессандри Н., Туфано Ф., Киш П., Гаснер Б., Чираки А. (октябрь 2010 г.). «Инвазивная валидация нового осциллометрического устройства (артериографа) для измерения индекса аугментации, центрального артериального давления и скорости пульсовой волны аорты». Журнал гипертонии . 28 (10): 2068–75. дои : 10.1097/HJH.0b013e32833c8a1a . ПМИД 20651604 . S2CID 3121785 .
- ^ Набил П.М., Джаярадж Дж., Моханасанкар С. (ноябрь 2017 г.). «Измерение локальной скорости пульсовой волны на основе PPG с одним источником: потенциальный метод оценки артериального давления без манжеты». Физиологическое измерение . 38 (12): 2122–2140. Бибкод : 2017PhyM...38.2122N . дои : 10.1088/1361-6579/aa9550 . ПМИД 29058686 . S2CID 29219917 .
- ^ Кампо Д., Хеттаб Х., Ю Р., Генен Н., Эдуард П., Буард Н., Бутуири П. (сентябрь 2017 г.). «Измерение скорости пульсовой волны в аорте с помощью подключенных весов для ванной комнаты» . Американский журнал гипертонии . 30 (9): 876–883. дои : 10.1093/ajh/hpx059 . ПМЦ 5861589 . ПМИД 28520843 .
- ^ Амарал А.Ф., Патель Дж., Гнатюк Л., Джонс М., Берни П.Г. (декабрь 2015 г.). «Связь скорости пульсовой волны с общей емкостью легких: перекрестный анализ лондонского исследования BOLD» . Респираторная медицина . 109 (12): 1569–75. дои : 10.1016/j.rmed.2015.10.016 . ПМЦ 4687496 . ПМИД 26553156 .