Введение
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) сохраняют лидирующую позицию в качестве причины смертности населения в России [1]. В течение последних трех десятилетий активно изучается роль нарушения функции эндотелия сосудов в патогенезе ССЗ [2]. Эндотелий представляет собой клеточный монослой, выстилающий изнутри сосудистую стенку. Углубленное понимание биологических функций эндотелия привело к признанию его тканью, регулирующей сосудистый тонус, коагуляционные свойства крови, воспаление и иммунитет, межклеточные взаимодействия и клеточный метаболизм в сосудистой стенке. Эндотелиальная дисфункция (ЭД) является отличительной чертой ССЗ, метаболических и новых инфекционных заболеваний, например COVID-19 [3]. Проблеме диагностики ЭД посвящено много научных работ, которые включают в себя описание лабораторных маркеров и инструментальных методов диагностики [4]. «Золотым стандартом» диагностики ЭД до настоящего времени остается окклюзионная проба с измерением выраженности вазодилатационного ответа с помощью ультразвукового сканирования плечевой артерии по методу D. Celermajer [5]. Для оценки окклюзионной пробы, кроме ультразвукового исследования, предложен ряд методов функциональной диагностики, таких как лазерная допплеровская флоуметрия, фотоплетизмография, периферическая артериальная тонометрия, тепловидение и термометрия, видеокапилляроскопия [4]. Все перечисленные методы нуждаются в наличии специализированной аппаратуры и обученного персонала. В свою очередь условиями классического метода диагностики ЭД по D. Celermajer являются точное позиционирование ультразвукового датчика в течение исследования и тщательное измерение диаметра артерии, поскольку эти факторы могут существенно влиять на результаты теста. В связи с этим сохраняется актуальность поиска информативных и простых в исполнении методов диагностики ЭД.
Цель исследования — изучить динамику скорости кровотока в плечевой артерии при выполнении окклюзионной пробы и разработать критерии диагностики ЭД по значениям допплеровской пиковой систолической скорости (ПСС) кровотока.
Материалы и методы
В исследование включены 95 женщин молодого возраста. Группу наблюдения составили пациенты с эндотелий-зависимой вазодилатацией (ЭЗВД) <10% (n=34), а в группу сравнения — с ЭЗВД 10% и более (n=61). Пациенты осмотрены кардиологом по стандартному протоколу. Выполнено биохимическое исследование крови (липидный спектр, креатинин с расчетом клиренса, мочевая кислота). Характеристика сравниваемых групп приведена в табл. 1. Все обследованные не имели в анамнезе артериальной гипертензии (АГ), ССЗ, не получали гипотензивную либо липидснижающую терапию. Курили в группе наблюдения 12 (35,3%) человек, а в группе сравнения 16 (26,2%) (χ2=0,86; p=0,35).
Таблица 1. Клинико-лабораторная характеристика пациентов сравниваемых групп
| Параметр | Группа наблюдения | Группа сравнения | p |
| Возраст, лет | 37 (27; 42,7) | 38 (28; 44) | 0,62 |
| ИМТ, кг/м2 | 26,8 (21,4; 36,5) | 26,5 (18,8; 37,7) | 0,58 |
| Средняя толщина КИМ, мм | 0,57 (0,50; 0,71) | 0,53 (0,43; 0,69) | 0,033 |
| Общий холестерин, ммоль/л | 5,1 (3,1; 6,1) | 5,0 (3,81; 7,6) | 0,65 |
| ЛПНП, ммоль/л | 2,8 (1,5; 4,2) | 3,0 (1,9; 4,5) | 0,57 |
| ЛПВП, ммоль/л | 1,7 (0,9; 2,3) | 1,7 (1,1; 2,7) | 0,62 |
| Триглицериды, ммоль/л | 0,93 (0,51; 3,3) | 1,0 (0,53; 2,1) | 0,83 |
| Клиренс креатинина, мл/мин/1,73 м2 | 117,0 (101,2; 130.1) | 117,0 (106,0; 128,0) | 0,49 |
Примечание. ИМТ — индекс массы тела; КИМ — комплекс интима-медиа; ЛПНП — липопротеины низкой плотности; ЛПВП — липопротеины высокой плотности.
Эндотелиальную функцию оценивали путем выполнения окклюзионной пробы в соответствии с руководством [5] на ультразвуковом сканере экспертного класса Vivid iq («GE Medical Systems (China) Co., Ltd.», КНР) с использованием линейного датчика 12L-RS (4—13 МГц). Исследование проводили утром натощак (перерыв в приеме пищи не менее 8 ч) с исключением курения в день исследования. Пациенты находились в положении лежа на спине с расслабленной правой рукой. Плечевая артерия лоцировалась выше локтевой ямки в продольном сечении, диаметр артерии оценивали как максимальное расстояние «интима-интима» между передней и задней стенками артерии.
Исходную ПСС кровотока и после декомпрессии определяли с помощью импульсно-волнового допплеровского исследования с допплеровским углом 60°. Манжету тонометра накладывали на плечо (нижний край манжеты на 3—4 см выше локтевой ямки), в манжете создавалось давление, на 50 мм рт.ст. превышающее уровень систолического артериального давления, длительностью 5 мин. После истечения данного времени давление в манжете резко сбрасывалось.
Осуществляли регистрацию ПСС на 5-й секунде после декомпрессии, которую принимали за максимальную, и далее каждые 5 с до 45-й секунды от момента декомпрессии. Диаметр плечевой артерии повторно измеряли в период от 45-й до 60-й секунды после декомпрессии. Нормальной реакцией плечевой артерии на компрессионную пробу считали ее расширение на 10% и более от исходного уровня. Прирост <10% оценивали как нарушение функции эндотелия. Для каждого значения ПСС с 10-й по 45-ю секунду после декомпрессии манжеты определяли ее долю от значения ПСС на 5-й секунде.
Статистическую обработку проводили с помощью программы SPSS 22. Диагностическое значение ПСС в отношении вероятности диагностики ЭД по данным окклюзионной пробы оценивали в моделях многофакторной логистической регрессии с последующим выполнением ROC-анализа.
Модель многофакторной логистической регрессии описывается формулой:
, (1)
где p — вероятность наличия ЭД по данным окклюзионной пробы; e — основание натурального логарифма; x — независимый фактор (ПСС); b0, b1 — коэффициенты многофакторной математической модели.
Порогом отсечения при бинарной классификации (наличие/отсутствие критериев ЭД) для модели считали вероятность 0,5.
Выполнено построение ROC (receiver operating characteristic)-кривой для ПСС на 10-й и 45-й секундах после декомпрессии манжеты, а также для массива прогнозной вероятности, определенной с помощью многофакторной логической модели, с целью оценки качества бинарной классификации. Определялась площадь под ROC-кривой (area under the curve — AUC). Качество модели по AUC оценивали следующим образом:
— 0,9—1,0 — отличное;
— 0,8—0,9 — очень хорошее;
— 0,7—0,8 — хорошее;
— 0,6—0,7 — среднее;
— 0,5—0,6 — неудовлетворительное.
Сравнение качественных данных осуществлялось с использованием критерия χ2 Пирсона. Количественные данные представлены в виде медианы, 5-го и 95-го процентилей. Сравнение количественных данных проведено с применением критерия Манна—Уитни.
При использовании статистических процедур достаточным уровнем значимости считали p<0,05.
Настоящее исследование выполнено в соответствии с национальным стандартом Российской Федерации ГОСТ-Р 52379-2005 «Надлежащая клиническая практика» (ICH E6 GCP). Программа исследования одобрена Этическим комитетом ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Роспотребнадзора (протокол №6 от 13.02.2023). Все пациенты осведомлены о цели проведения исследования, получено добровольное информированное согласие.
Результаты
Сравнительные данные долей ПСС кровотока от максимальной в группах с ЭЗВД <10% и >10% представлены в табл. 2. В каждый контрольный момент времени доли ПСС кровотока от максимальной с учетом значения среднего ранга у пациентов группы наблюдения были статистически значимо выше, чем у пациентов группы сравнения.
Таблица 2. Доли пиковой систолической скорости кровотока от максимального уровня в группах наблюдения и сравнения
| Доля ПСС кровотока от максимального уровня | Группа наблюдения | Группа сравнения | Средний ранг группы наблюдения | Средний ранг группы сравнения | p |
| на 10-й секунде | 0,872 (0,710; –0,984) | 0,871 (0,714; 0,979) | 61,65 | 40,39 | <0,0001 |
| на 15-й секунде | 0,719 (0,558; 0,879) | 0,719 (0,561; 0,873) | 60,24 | 41,18 | 0,001 |
| на 20-й секунде | 0,615 (0,469; 0,809 | 0,617 (0,470; 0,801) | 60,06 | 41,28 | 0,001 |
| на 25-й секунде | 0,557 (0,420; 0,731) | 0,557 (0,420; 0,714) | 61,79 | 40,31 | <0,0001 |
| на 30-й секунде | 0,523 (0,377; 0,686) | 0,524 (0,378; 0,679) | 60,76 | 40,89 | 0,001 |
| на 35-й секунде | 0,493 (0,353; 0,664) | 0,494 (0,353; 0,657) | 61,56 | 40,44 | <0,0001 |
| на 40-й секунде | 0,484 (0,343; 0,649) | 0,482 (0,343; 0,639) | 61,97 | 40,21 | <0,0001 |
| на 45-й секунде | 0,463 (0,337; 0,640) | 0,462 (0,338; 0,624) | 61,76 | 40,33 | <0,0001 |
Примечание. Здесь и в табл. 3, 4: ПСС — пиковая систолическая скорость.
При анализе полученных долей от ПСС кровотока методом многофакторной логистической регрессии установлено, что статистическую значимость в отношении диагностики ЭД сохранили доли ПСС от максимальной на 10-й и 45-й секундах (см. табл. 3).
Таблица 3. Параметры многофакторной логистической регрессионной модели вероятности наличия эндотелиальной дисфункции в зависимости от значения долей пиковой систолической скорости кровотока от максимального уровня на 10-й и 45-й секундах
| Этап моделирования | Факторы модели | Коэффициент B | Среднеквадратичная ошибка | Критерий Вальда | p |
| Шаг 1а | Доля ПСС на 45-й секунде | 9,60 | 2,662 | 13,006 | <0,0001 |
| Константа | –5,241 | 1,327 | 15,591 | <0,0001 | |
| Шаг 2b | Доля ПСС на 10-й секунде | 7,709 | 3,685 | 4,376 | 0,036 |
| Доля ПСС на 45-й секунде | 7,203 | 2,822 | 6,514 | 0,011 | |
| Константа | –10,867 | 3,167 | 11,771 | 0,001 |
Примечание. a — переменные, введенные на первом шаге: доля пиковой систолической скорости от максимального уровня на 45-й секунде; b — переменные, введенные на втором шаге: доля пиковой систолической скорости от максимального уровня на 10-й секунде.
Одновременное введение в логистическую регрессионную модель двух переменных (доли ПСС от максимальной на 10-й и 45-й секундах после декомпрессии манжеты) привело к снижению значения –2Log likelihood с исходного 123,9 до 107,8 на первом шаге и до 103,2 на втором шаге. Коэффициент детерминации R2 Найджелкерка для модели составил на первом шаге 0,214, а на втором шаге 0,269. Значение χ2 составило на первом шаге 16,1, на втором шаге 20,7 (p<0,001). Повышение доли случаев правильной бинарной классификации составило с 64,2% на шаге 0 до 71,6% на первом шаге и 77,9% на втором шаге с чувствительностью 55,9% и специфичностью 90,2%. Критерий согласия Хосмера—Лемешоу показал значимость 0,24. Параметры двухфакторной модели логистической регрессии приведены в табл. 3.
Уравнение двухфакторной логистической регрессии вероятности наличия ЭД от уровня ПСС на 10-й и 45-й секундах после декомпрессии манжеты выглядит следующим образом:
(2)
Результаты ROC-анализа при тестировании доли ПСС от максимальной на 10-й и 45-й секундах после декомпрессии в отношении эндотелиальной дисфункции в качестве зависимой переменной представлены в табл. 4. Учитывая значение площади под ROC-кривой, качество моделей оценивали как хорошее (AUC>0,7).
Таблица 4. Результаты ROC-анализа тестирования доли пиковой систолической скорости кровотока от максимального уровня на 10-й и 45-й секундах после декомпрессии и предсказанной вероятности в отношении эндотелиальной дисфункции в качестве зависимой переменной
| Переменная | Площадь под кривой (AUC) | Стандартная ошибка* | Статистическая значимость межгрупповых различий** | Асимптотический 95% доверительный интервал | |
| нижняя граница | верхняя граница | ||||
| Доля ПСС от максимального уровня на 10-й секунде | 0,724 | 0,055 | <0,0001 | 0,615 | 0,832 |
| Доля ПСС от максимального уровня на 45-й секунде | 0,726 | 0,058 | <0,0001 | 0,612 | 0,839 |
| Предсказанная вероятность | 0,765 | 0,053 | <0,0001 | 0,661 | 0,868 |
Примечание. * — в соответствии с непараметрическим предположением; ** — нулевая гипотеза: действительная площадь=0,5. ДИ — доверительный интервал.
Согласно матрице ROC-анализа, значение точки отреза (cut-off) для доли ПСС от максимальной на 10-й секунде составило 0,89 при чувствительности 68% и специфичности 71%, а для доли ПСС от максимальной на 45-й секунде — 0,48 с такими же значениями чувствительности и специфичности.
Проведение ROC-анализа на основании спрогнозированных с использованием двухфакторной логистической модели вероятностей наличия ЭД в качестве тестируемой переменной и снижением уровня ЭЗВД в качестве переменной состояния позволило установить значение AUC=0,765 (95% ДИ 0,661—0,868 с уровнем значимости p<0,0001), что свидетельствует о хорошем качестве предложенной диагностической модели (см. табл. 4).
Обсуждение
Несмотря на ряд предложенных методов, сохраняется актуальность разработки доступных для практического применения методов диагностики ЭД. Существующие методы предлагают оценку либо лабораторных, либо инструментальных маркеров ЭД. Лабораторные маркеры ЭД отражают следующие механизмы ЭД: снижение продукции оксида азота (NO), окислительный стресс, низкоинтенсивное системное воспаление, нарушение ангиогенеза, нарушение сосудистой проницаемости, увеличение лейкоцитарной адгезии [6, 7]. К циркулирующим растворимым молекулам и клеточным маркерам ЭД относятся следующие: метаболиты NO, асимметричный диметиларгинин, эндотелин-1, фактор роста эндотелия сосудов, E-селектин, P-селектин, ICAM-1, VCAM-1, интерлейкин-6, C-реактивный белок, CD-40L, эндотелиальная клеточно-специфическая молекула-1 (Endocan), CD 62E эндотелиальные микрочастицы, гомоцистеин [8, 9]. Инструментальные методы диагностики позволяют зарегистрировать нарушение сосудистой реактивности на макроуровне как результат патологических изменений эндотелия под влиянием этиологических факторов. К данной группе методов относятся различные варианты окклюзионной пробы с применением препаратов нитроглицерина или без такового [4], а также диагностика повышения жесткости артерий как результата ремоделирования сосудов на фоне персистирования ЭД [10, 11].
«Золотым стандартом» оценки ЭД в настоящее время является разработанная в 90-х годах XX века D. Celermajer проба для оценки ЭЗВД, которая предполагает исследование только изменения диаметра поверхностных артерий (плечевой, лучевой, бедренной) в ответ на гемодинамический удар, возникающий при быстрой декомпрессии артерии после 4—5-минутной компрессии манжетой сфигмоманометра [5]. Однако в работе D. Celermajer и соавт. (1992), кроме измерения диаметров артерии до компрессии артерии и после ее декомпрессии, проводилось дополнительно измерение объемной скорости базового кровотока и в течение 15 с после декомпрессии исследуемой артерии (плечевой и поверхностной бедренной) с последующим расчетом увеличения потока (%).
В результате исследования на поверхностной бедренной артерии не получены статистически значимые различия показателей увеличения объемной скорости кровотока у курящих пациентов и пациентов с ишемической болезнью сердца (ИБС) по отношению к контролю, а на плечевой артерии у лиц группы контроля прирост объемной скорости кровотока был статистически значимо больше относительно показателей у взрослых с ИБС. Можно предположить, что у лиц контрольной группы данные результаты могли быть обусловлены либо большей скоростью кровотока после декомпрессии, либо только быстрым увеличением диаметра сосуда, либо увеличением и скорости, и диаметра, поскольку в формулу расчета объемной скорости кровотока входят оба этих показателя. Авторы не привели в статье абсолютные значения этих параметров после декомпрессии артерии [12].
Широкое распространение получил метод определения коэффициента чувствительности эндотелия к напряжению сдвига. Данный коэффициент характеризует степень расширения исследуемой артерии в связи с изменением локальных показателей кровотока и рассчитывается по формуле:
K=(∆D/D0)/(∆τ/τ0),
где K — коэффициент чувствительности плечевой артерии к изменению механического стимула; ∆D — разница между диаметром артерии после декомпрессии и исходным диаметром; D0 — исходный диаметр артерии; ∆τ — разница напряжения сдвига на эндотелий после декомпрессии и исходного значения; τ0 — напряжение сдвига на эндотелий исходное, рассчитанное по формуле:
τ=4ηV/D,
где η — вязкость крови (в среднем 0,05 Пз); V — максимальная скорость кровотока, см/с; D — диаметр артерии, см.
У лиц с наличием ССЗ или факторов сердечно-сосудистого риска коэффициент чувствительности эндотелия к напряжению сдвига снижается [13—15]. Недостатком этого метода является использование в расчете изменения диаметра в первые секунды после декомпрессии, а не на пике постокклюзионной дилатации сосуда.
Консенсусом экспертов предложено использовать для оценки ЭЗВД измерение скорости кровотока и диаметра артерии с последующим расчетом скорости сдвига в качестве стимула для артериальной дилатации [16]. В зависимости от ширины контрольного допплеровского объема предложены две формулы для данного показателя:
Скорость сдвига=8·Vmean/D (для большого центрированного контрольного объема);
Скорость сдвига=4·Vmean/D (для небольшого центрированного контрольного объема),
где Vmean — средняя скорость кровотока; D — диаметр артерии.
Поскольку для получения средней скорости кровотока и более точного измерения постокклюзионного увеличения диаметра требуется непрерывное измерение скорости и диаметра на протяжении всего периода после декомпрессии, это вызывает определенные технические трудности.
Предложенный Е.В. Шаховой и соавт. метод диагностики ЭД предполагает стандартное проведение компрессионной пробы с измерением исходных диаметра и ПСС кровотока в артерии до пробы и в первые 15 с после декомпрессии. Далее рассчитывают дискриминантную функцию:
F1(x)=–13,461—1,288·(пол)+ +0,021·V1+1,271·∆D1 (%),
где пол: 1 — мужской, 2 — женский; ∆D1, % — прирост диаметра плечевой артерии в первые 15 с реактивной гиперемии; V1, см/с — ПСС в первые 15 с реактивной гиперемии; –13,461; –1,280; 0,021; 1,271 — константы, полученные в результате проведения статистического дискриминантного анализа и при F1(х) >0,057 означают наличие ЭД1.
Таким образом, применение допплеровских скоростных критериев в диагностике ЭД преимущественно заключалось в расчете напряжения сдвига на эндотелии, оценке соотношения максимальной и фоновой ПСС или в использовании ПСС в математическом дискриминантном анализе.
Ранее в процессе выполнения окклюзионной пробы нами отмечено, что падение ПСС после декомпрессии у пациентов происходит с различной скоростью. Наша гипотеза состояла в том, что на скорость падения ПСС после декомпрессии оказывает влияние степень постишемической ЭЗВД. Согласно уравнению Бернулли (∆p=4V2) [17—19], разница давления между участками сосуда пропорциональна квадрату скорости в месте сужения. В процессе постишемической реакции происходят вазодилатация и постепенное выравнивание проксимального и дистального давления, сопровождаемое снижением ПСС кровотока. Использованные в исследовании метод многофакторной логистической регрессии и ROC-анализ позволили установить связь бинарной зависимой переменной (ЭД, диагностированной на основании постишемической вазодилатации <10%) и независимых переменных в виде доли ПСС кровотока от максимального уровня. Из представленных моделей видно, что при низкой вазодилатации снижение ПСС будет происходить статистически значимо медленнее, чем при вазодилатации >10%. Эту закономерность можно использовать в диагностике нарушений постишемической вазодилатации и, соответственно, ЭД.
Ограничения исследования
В настоящее исследование не включены женщины среднего и пожилого возраста, а также мужчины.
Выводы
1. При эндотелиальной дисфункции относительная пиковая систолическая скорость кровотока (к уровню на 5-й секунде) на каждой отрезной точке с 10-й по 45-ю секунду после декомпрессии манжеты была выше у пациентов группы наблюдения, чем у пациентов группы сравнения.
2. Двухфакторная логистическая модель эндотелиальной дисфункции на основании степени снижения пиковой систолической скорости кровотока после декомпрессии манжеты имеет хорошее прогностическое качество, предоставляет возможность использовать измерения величины пиковой систолической скорости кровотока на двух временных отрезках для оценки эндотелиальной дисфункции.
3. Внедрение полученной модели позволит диагностировать эндотелиальную дисфункцию на основании измерения пиковой систолической скорости кровотока, что является более быстрым и удобным по сравнению с измерениями линейных размеров плечевой артерии.
Вклад авторов: концепция и дизайн исследования — Устинова О.Ю.; сбор и обработка материала — Носов А.Е.; статистический анализ данных — Носов А.Е., Ивашова Ю.А.; написание текста — Носов А.Е., Ивашова Ю.А.; научное редактирование — Устинова О.Ю.
Финансирование: исследование выполнено в рамках государственного задания.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
1 Патент РФ № 2339312, опубл. 27.11.2008. Шахова Е.В., Волкова Э.Г., Ильиных Д.Л., Левашов С.Ю. Способ определения эндотелиальной дисфункции.