Информативность и специфичность мониторинга внутричерепного давления (ВЧД) остается актуальной проблемой для нейрореаниматологии [1—7]. Неинвазивные методики оценки уровня ВЧД вследствие низкой точности и невозможности измерения абсолютных значений имеют лишь академический интерес. Инвазивные методы в связи с хирургическим риском и низкой прогностической значимостью в клинической практике используются с большой осторожностью. Расширяющийся в последние годы перечень заболеваний, при которых необходимы измерение и мониторинг ВЧД, делает актуальным совершенствование способов анализа результатов имеющихся аппаратных средств мониторинга для увеличения диагностической и прогностической значимости нового поколения приборов. Методы оценки динамики биомеханических свойств краниоспинальной системы (КСС) на основе краниоспинального комплайнса и его производных (упругости мозга и индекса объем—давление (PVI) в качестве дополнительных прогностических параметров нейромониторинга являются перспективными и малоизученными [1, 8—10].

Современные лечебно-диагностические стратегии в нейрореаниматологии основываются на контроле уровня церебрального перфузионного или ВЧД. Смена парадигм происходит в момент утраты ауторегуляции мозгового кровообращения, когда манипуляции с уровнем среднего артериального давления вместо снижения краниоспинального объема ведут к его повышению [1, 2]. Необходимость оценки уровня ВЧД в этой ситуации не вызывает сомнения [4, 5, 11, 12], но выбор методологии мониторинга и его клиническая значимость не столь однозначны [6, 7, 13]. Стремление к снижению травматичности, повышению доступности и оперативности измерения уровня ВЧД привело к появлению различных неинвазивных методик [3, 14—16], однако эти технологии мало результативны и редко эффективны. Индекс реактивности давления (индекс PRx), характеризующий способность сосудов головного мозга реагировать на изменения уровня артериального давления, также является не всегда устойчивым и ненадежен в клинической практике [6]. Таким образом, основными параметрами мониторинга церебральной гипертензии остаются показатели среднего давления и их изменения с течением времени [2, 5, 9]. Эти величины с высокой точностью регистрируют современные мониторы ВЧД. Однако церебральный мониторинг, основанный только на оценке показателей ВЧД, также не всегда эффективен, а показатели широко вариабельны.

Более 40 лет назад A. Marmarou установил, что одной из основных характеристик краниоспинальной системы является зависимость внутричерепного давления (P) от объема (V), так называемая P—V-зависимостьь [14]. Значение ее производной определяет упругость мозга (Е), величина обратная упругости мозга — краниоспинальный комплайнс (С). Произведение краниоспинального комплайнса и текущего значения ВЧД — индекс объем—давление PVI [13, 17, 18]. Предложенный A. Marmarou способ оценки краниоспинального комплайнса не нашел широкого применения в клинической практике, несмотря на то, что его динамика как параметра, отражающего текущее состояние компенсаторных возможностей внутричерепного соответствия, имеет существенное прогностическое значение. Резкое снижение краниоспинального комплайнса — предвестник стремительного изменения ВЧД, а отрицательная динамика является предиктором ухудшения состояния пациента, даже если остальные показатели остаются стабильными. Понятно, что решение вопроса о хирургической коррекции ВЧД необходимо осуществлять до того момента, как будут исчерпаны компенсаторные резервы, то есть очевидна потребность в наличии механизма непрерывного мониторинга динамики краниоспинального комплайнса. С этой целью нами предложен способ мониторинга краниоспинального комплайнса [8, 10, 17], позволяющий непрерывно контролировать изменения упругости и эластичности тканей мозга до грани нарастания неуправляемой внутричерепной гипертензии и необратимых нарушений церебральной гемодинамики.

Материал и методы

Проведен ретроспективный анализ результатов исследования и лечения 326 больных гидроцефалией неопухолевого генеза в возрасте от 3 до 49 лет, которым выполнены клиническо-неврологические, интроскопические и ликвородинамические исследования в РНХИ им. проф. А.Л. Поленова в период с 1991 по 2015 г. Поскольку с этической точки зрения доведение значения ВЧД при ликвородинамических тестах до критических значений невозможно, для анализа отобраны только случаи, когда исходное состояние пациента, уровень давления ликвора (ЛД) соответствовали дебюту гипертензионно-дислокационного синдрома (ГДС) (5 пациентов), а также повторные исследования (38 пациентов) с временным интервалом между исследованиями от 1 сут до 6 мес (6 пациентов). Всего в выборку включены 312 дискретных инфузионных тестов (от 1 до 6 для пациента) при проведении 49 исследований уровня давления ликвора. Во всех случаях определены: уровень ликворного давления, динамика краниоспинального комплайнса, упругости мозга и индекса PVI, а также кривая инфузионного теста. Ликвородинамические исследования выполнялись по медицинским показаниям с целью уточнения диагноза и определения стратегии и тактики хирургического лечения.

Мониторинг ликворного давления осуществляли посредством катетеризации люмбального субарахноидального пространства или желудочков мозга и регистрацией изменений давления ликвора («кривая инфузионного теста»). Измерение ликворного давления производились с частотой 128 раз в секунду, и для каждого момента измерения осуществлялась оценка биомеханических свойств КСС (краниоспинальный комплайнс, упругость мозга, индекс PVI) по формулам, представленным в табл. 1. В момент проведения ликвородинамического теста с введением (выведением) известного объема 0,9% физиологического раствора в ликворное пространство расчет осуществлялся дискретным методом [14], в остальное время — непрерывным методом по показателям давления ликвора, амплитуде его физиологических колебаний на частоте пульса [2, 8—10] и величине эквивалента пульсового объема (ЭПО) крови, вызывающего эти колебания [10].

Таблица 1. Основные формулы для оценки биомеханических свойств краниоспинальной системы

Примечание. А_п(t) — результаты мониторинга амплитуды пульсовой волны ЛД; dV_п — эквивалент пульсового объема крови, вызывающий колебания ЛД на амплитуду А_п; Р_ср(t) — результаты мониторинга среднего значения ЛД; С_н(t) — результаты мониторинга краниоспинального комплайнса; Е_н(t) — результаты мониторинга упругости мозга; PVI_н(t) — результаты мониторинга индекса PVI; С_д, Е_д, PVI_д — дискретные значения комплайнса, упругости мозга и индекса PVI в момент проведения болюсного инфузионного теста соответственно; dV_б — объем болюса для инфузионного теста; P_p — среднее значение ЛД после инфузионного теста; P_o — среднее значение ЛД до инфузионного теста.

Далее строили графики зависимости рассчитанных параметров от величины среднего ЛД для каждого момента измерения, отдельно для дискретных и для непрерывных измерений. Производили качественный и количественный анализ поведения динамики рассчитанных параметров. При этом исследовались и решались следующие задачи:

— формулировка на основе математической модели P-V-зависимости основных гипотез для поиска специфических критериев корреляции ВЧД и краниоспинального комплайнса с предикторами ухудшения состояния пациента;

— численная оценка динамики параметров КСС для ее различных состояний и проверка гипотез поиска признаков, наиболее точно отражающих текущее и пограничные состояния КСС;

— оценка корреляционной связи между параметрами КСС одного пациента для различных исследований, разнесенных во времени;

— формализация результатов исследования и оценка возможности применения результатов непрерывного способа мониторинга параметров КСС для задач обеспечения выполнения современных стандартов и рекомендаций в нейрореаниматологии.

Результаты

В соответствии с принятой моделью статическая P—V-зависимость КСС является монотонно возрастающей нелинейной функцией и имеет квазилинейный и экспоненциальный участки, соответствующие компенсированному и декомпенсированному состоянию соответственно [7]. Значение ВЧД на границе этих состояний соответствует давлению декомпенсации (Р_д) (рис. 1).

Рис. 1. Типичная P—V-зависимость.

ВЧД — внутричерепное давление; КСС — краниоспинальная система.

В соответствии с этой моделью изменения краниоспинального комплайнса С, упругости мозга Е и индекса PVI в зависимости от ВЧД должны иметь вид, представленный на рис. 2—4.

Рис. 2. Зависимость упругости мозга от среднего внутричерепного давления.

ВЧД — внутричерепное давление

Рис. 3. Зависимость краниоспинального комплайнса от среднего внутричерепного давления.

ВЧД — внутричерепное давление.

Рис. 4. Зависимость индекса объем-давление от уровня среднего внутричерепного давления.

ВЧД — внутричерепное давление, PVI — индекс объем—давление.

На рис. 1—4 введены следующие обозначения: 1 — участок линейного нарастания давления (участок компенсированного состояния КСС), 2 — участок экспоненциального нарастания давления (участок декомпенсированного состояния КСС), 3 — точка, соответствующая давлению декомпенсации P_д.

Анализ изменений динамики биомеханических свойств КСС, представленных на рис. 2—4, выявляет следующие характерные феномены:

1. На всех графиках отчетливо виден момент перехода P—V-зависимости с линейного участка на экспоненциальный. На рис. 2 зависимость упругости мозга Е от среднего ВЧД (meanICP) в этот момент совпадает с точкой излома прямой линии графика, и давление в этот момент соответствует давлению декомпенсации Р_д.

2. Зависимость упругости мозга Е от среднего ВЧД (см. рис. 2) до точки, соответствующей давлению декомпенсации Р_д, имеет линейно-горизонтальный характер, затем — линейно-возрастающий с постоянным углом наклона U. Чем более резко возрастает ВЧД, тем больше угол U. Значение параметра U отражает выраженность гипертензионности P—V-зависимости: большие значения U соответствуют гипертензионному характеру P—V-зависимости, близкие к нулю — атрофическому, далее с отклонением U от нуля — гипо- и нормотензивному.

3. Зависимость комплайнса С от среднего ВЧД (см. рис. 3) до точки, соответствующей давлению декомпенсации Р_д, имеет линейно-горизонтальный характер, после представляет собой монотонно убывающую кривую. Этот феномен может быть использован для ранней диагностики перехода системы в состояние декомпенсации, например, по максимуму модуля производной:

4. График зависимости индекса PVI от среднего ВЧД (см. рис. 4) до точки декомпенсации Р_д линейно возрастает (производная положительная), после достижения давления декомпенсации — убывает (производная отрицательная), максимум — в точке достижения давления декомпенсации. Этот факт может быть использован для определения исходного состояния КСС по знаку производной:

а также для фиксации момента достижения давления декомпенсации по максимуму PVI.

Вследствие множества процессов, влияющих на внутричерепной объем КСС, P—V-зависимость является еще и функцией текущего времени (t). Наиболее значимым физиологическим фактором изменения объема КСС от времени являются колебания давления, обусловленные кровоснабжением мозга с частотой пульса. Объем dV_п, приводящий к соответствующим колебаниям ВЧД, является неизвестным, но амплитуда колебания давления — измеряемой, например, с использованием монитора. При этом, измеренная амплитуда А_п пульсовой волны ликворного давления представляет собой произведение упругости мозга Е и эквивалента пульсового объема крови dV_п и характеризует пульсовые колебания внутричерепного давления [19]:

(1)

где А_п — амплитуда пульсовой волны ВЧД; Е — упругость мозга; — производная P—V-зависимости; dV_п — эквивалент пульсового объема, приводящего к изменению ВЧД на амплитуду А_п.

Считается, что эквивалент пульсового объема dV_п с увеличением ВЧД остается неизменным, вплоть до наступления ГДС (феномен Кушинга) [6, 7, 9, 13]. Тогда, поскольку на участке компенсированного состояния КСС упругость мозга Е постоянна (см. рис. 2), и значение ЭПО dV_п постоянно, амплитуда пульсовых колебаний ВЧД также должна быть постоянной в соответствии с (1). На участке декомпенсированного состояния КСС до наступления дебюта ГДС — упругость мозга Е в соответствии с рис. 2 линейно увеличивается, значение ЭПО dV_п постоянно, следовательно, амплитуда пульсовых колебаний ВЧД в соответствии с (1) должна линейно увеличиваться с ростом ВЧД. При дебюте ГДС — значение ЭПО dV_п начинает уменьшаться, амплитуда пульсовых колебаний должна начать резко уменьшаться, несмотря на то, что упругость мозга продолжает линейно увеличиваться. Таким образом, можно утверждать, что график изменения амплитуды А_п пульсовой волны внутричерепного давления представляет собой тренд изменения упругости мозга Е с постоянным мультипликативным коэффициентом dV_п вплоть до наступления ГДС. Следовательно, мониторинг амплитуды А_п пульсовых колебаний ВЧД с оценкой ЭПО dV_п и фиксацией его снижения является ключевым для определения момента декомпенсации и дебюта ГДС.

Динамика зависимости амплитуды А_п пульсовых колебаний от ВЧД имеет две характерные точки, разделяющие шкалу значений ВЧД на три интервала:

1 — компенсированное состояние КСС (амплитуда А_п квазипостоянна, а ее изменения являются трендом упругости мозга);

2 — декомпенсированное состояние КСС (амплитуда А_п квазилинейно возрастает с увеличением ВЧД, а ее изменения являются трендом упругости мозга);

3 — дебют ГДС (с увеличением ВЧД амплитуда А_п резко снижается, и ее изменение перестает отражать тренд динамики упругости мозга).

На рис. 5 приведен общий характер изменения амплитуды А_п пульсовых колебаний от среднего ВЧД. На рис. 6 приведены практические оценки А_п пульсовых колебаний от ВЧД для двух пациентов, полученные при выполнении ликвородинамических исследований в предоперационный период. На рис. 6 отчетливо видны характерные точки, соответствующие переходу состояния КСС.

Рис. 5. Зависимость амплитуды пульсовой волны внутричерепного давления от уровня среднего внутричерепного давления.

ВЧД — внутричерепное давление.

Рис. 6. Практическая оценка упругости мозга, полученная при проведении ликвородинамических исследований в предоперационном периоде.

ВЧД — внутричерепное давление.

Таким образом, при использовании непрерывного мониторинга амплитуды пульсовой волны ВЧД как тренда упругости мозга могут быть получены следующие параметры, характеризующие состояние КСС:

— отклонение текущего значения упругости мозга от полученного при ликвородинамическом тесте до начала мониторинга;

— производная комплайнса по среднему ВЧД, ;

— корреляция между индексом PVI и средним значением ВЧД;

— корреляция между упругостью мозга Е и средним значением ВЧД;

— отклонение текущего значения производной упругости мозга по среднему ВЧД от полученного при ликвородинамическом тесте до начала мониторинга, U–U_теста.

Результаты оценки прогностической значимости этих параметров при мониторинге их динамики сведены в табл. 2.

Обсуждение

Переход состояния КСС из компенсированного в декомпенсированное и развитие ГДС фиксируется как по качественным признакам (изменению амплитуды А_п пульсовых колебаний ВЧД, см. рис. 5), так и по количественным параметрам оценки биомеханических свойств КСС (см. табл. 2). При этом количественная оценка КСС осуществляется по нескольким числовым параметрам одновременно, то есть можно говорить о полимодальности предлагаемого способа мониторинга. Подобный полимодальный мониторинг увеличивает точность измерения, делая результаты инвариантными. Это обусловлено прежде всего тем, что некоторые измеряемые параметры являются взаимосвязанными.

Таблица 2. Прогностическая значимость параметров состояния краниоспинальной системы, получаемых на основе мониторинга краниоспинального комплайнса и уровня внутричерепного давления

Примечание. ВЧД — внутричерепное давление; PVI — индекс объем—давление.

За счет раннего обнаружения и сигнализации о приближении патологических состояний, в частности, начала развития декомпенсации больных или развития ГДС, могут быть обеспечены существенное уменьшение осложнений, регресс неврологического дефицита и хороший прогноз на социальную адаптацию больного.

Использование методики, при которой для исследования биомеханических свойств КСС внутричерепной объем изменяется относительно мало, также позволяет снизить вероятность развития осложнений и, следовательно, создать условия для более широкого применения метода контроля краниоспинального комплайнса в клинической практике.

Предложенная концепция автоматизированного полимодального мониторинга положена в основу разработки монитора краниоспинального комплайнса для получения возможности производить аппаратную количественную оценку параметров КСС в процессе нейрореанимационных мероприятий, что будет являться существенным дополнением концепции доказательной медицины. Использование при ее реализации принципов, при которых для оценки состояния больных, течения патологического процесса и эффективности применяемых лечебных мероприятий приоритетность отдается объективным, поддающимся количественной оценке параметрам и феноменам, вероятно, увеличит эффективность лечебно-диагностических мероприятий для больных с патологическими состояниями, сопровождающимися развитием ГДС. Это полностью коррелирует с тенденциями к определенной трансформации наукопроизводства в данной области, приводя его в соответствие традициям современной количественной биологии и доказательной медицины.

На настоящем этапе развития проблемы предложенный подход по-прежнему является инвазивными, что неизбежно снижает его распространение в повседневной практике. Внедрение методики автоматизированной оценки результатов исследования КСС и биомеханических свойств краниоспинальной системы с использованием принципов искусственного интеллекта, возможно, является перспективным подходом к снижению инвазивности и травматичности. При этом медико-технологическая реализация представленных алгоритмов принятия решения, на наш взгляд, позволит сделать процесс автоматизированного полимодального мониторинга более информативным и востребованным.

Заключение

Включение в протокол нейромониторинга системы непрерывной оценки краниоспинального комплайнса позволяет адекватно контролировать и прогнозировать развитие декомпенсации и гипертензионно-дислокационного синдрома. Использование при принятии решения автоматизированного полимодального мониторинга с одновременной оценкой нескольких показателей значительно снижает субъективизм при определении тактики и стратегии лечения.

Перспективны дальнейшие исследования возможностей мониторинга изменения эквивалента пульсового объема dV_п(t) в первую очередь в зоне декомпенсированного состояния краниоспинальной системы. Это позволит применить еще один существенный прогностический параметр — непрерывный контроль мозгового кровообращения при автоматизированном полимодальном мониторинге уровня внутричерепного давления.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Акшулаков С.К., Атисков Ю.А., Белкин А.А., Кондратьев А.Н., Ларионов С.Н., Саввина И.А., Сафин И.Ш., Хачатрян В.А.

Сбор и обработка материала — Атисков Ю.А, Белкин А.А., Кондратьев А.Н., Назаралиева Э.Т., Саввина И.А., Ризнич В.П., Хачатрян В.А.

Статистический анализ данных — Атисков Ю.А., Ризнич В.П.

Написание текста — Атисков Ю.А., Назаралиева Э.Т., Ризнич В.П.

Редактирование — Акшулаков С.К., Белкин А.А., Кондратьев А.Н., Ларионов С.Н., Саввина И.А., Хачатрян В.А.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.