Инструменты биотюнера: ловим волну. Пульсовую.

Это вторая статья из цикла “Инструменты биотюнера”, рекомендую прочитать первую статью (если вы, конечно, еще этого не сделали).

Итак, сегодня мы поговорим о еще одном важнейшем показателе, который отражает старение сердечно-сосудистой системы – это жесткость и эластичность сосудов. Еще когда я работал над методом определения биологического возраста, я осознал насколько хорошо параметры эластичности сосудов (индекс аугментаци, скорость распространения пульсовой волны) коррелируют с возрастом. Эти параметры наряду с толщиной комплекса интима-медиа сонных артерий и степенью ее стеноза вошли в состав итоговой модели, которая имела ошибку в определении хронологического возраста порядка 6 лет! Более того, гипертоники и диабетики были, в среднем, на несколько лет “старше” своего паспортного возраста, что является дополнительным подтверждением того, что модель не просто предсказывает паспортный возраст, а, скорее, отражает индивидуальную скорость старения.

Степень эластичности сосудов косвенно оценивают при помощи особого показателя: скорости распространения пульсовой волны (СРПВ). Что такое скорость распространения пульсовой волны? Если совсем грубо (да простят меня специалисты) – то это та скорость, с которой путешествует порция крови, которую сердце выталкивает во время сокращения (систолы) желудочков. Как правило, речь идет о скорости распространения пульсовой волны в аорте. Почему именно там – об этом чуть позже.

Немного теории

Скорость распространения пульсовой волны в аорте (СРПВ) является сильным предиктором будущих сердечно-сосудистых катастроф (например, инфаркт и инсульт), а также смертности от всех причин: увеличение СРПВ на 1 м/с (начиная примерно с 8 м/с) связано с увеличением риска сердечно-сосудистых катастроф на 14%, увеличением смертности от сердечно сосудистых заболеваний на 15% и увеличением риска смерти от всех причина на 15% [источник]. Особо дотошные, конечно, зададут следующий вопрос: “А есть ли у нас свидетельства того, что эта связь – причинно-следственная? Или это просто корреляция как между количеством разводов и потреблением маргарина в известном примере?”. Ну, по крайней мере, одно свидетельство есть: в исследовании пациенты с гипертонией, которым удалось помимо давления снизить еще и СРПВ, жили дольше.

Также СРПВ сильно связана с когнитивной функцией: ученые наблюдали 4.5 года (в среднем) за 375 пожилыми людьми с легкой когнитивной дисфункцией. К концу исследования у 105 человек (28%) развилась деменция причем у большинства из этих 105 несчастных СРПВ на начало исследования была очень высокой (а следовательно их сосуды были жесткими и неэластичными). Ученые подсчитали, что увеличение СРПВ на 2.2 м/с повышает риск развития деменции на треть! Взгляните на иллюстрацию:

Figure.
Вместо тысячи слов: более чем у половины участников исследования с СРПВ > 13 м/с развилась деменция спустя 6 лет с начала эксперимента, в то время как у лиц с СРПВ < 10.2 м/с она развилась менее чем у 20%

Самое интересное, что только жесткость артерий была связана с бОльшим риском деменции. Ни наличие бляшек, ни толщина комплекса интима-медиа… А значит, жесткость артерий весьма вероятно может быть причиной когнитивных нарушений. Более того, мы неплохо понимаем какие именно механизмы за этим стоят.

Эластичная, не слишком жесткая аорта выполняет важнейшую функцию – демпферную. Сердце выбрасывает кровь из левого желудочка с большой силой, аорта за счет эластической деформации смягчает этот выброс и в целом делает поток крови более ровным. Если демпфирующие свойства аорты нарушаются вследствие потери эластичности и увеличения жесткости, то сильно страдают мелкие сосуды, пронизывающие все органы нашего тела. Ухудшается кровоснабжение всех органов, что закономерно приводит к проблемам. Вероятно, поэтому жесткость сосудов связана с сильным увеличением риска деменции. Наглядная демонстрация демпфирующей роли аорты показана на видео:

Видео прекрасно демонстрирует, что эластичные сосуды обеспечивают более стабильный поток крови, что улучшает кровоснабжение органов, которые имеют достаточно времени на получение питательных веществ и кислорода. Кроме того, жесткие сосуды являются одним из ведущих факторов патогенеза атеросклероза: жесткий матрикс сосудов способствует росту проницаемости эндотелия сосудов, что приводит к накоплению внутри них холестерина, миграции лейкоцитов, воспалению и формированию бляшек. Также более жесткие артерии повышают нагрузку на сердце: жесткие артерии увеличивают скорость распространения пульсовой волны, с какого-то момента скорость пульсовой волны вырастает настолько, что она успевает отразиться и вернуться назад еще до того как левый желудочек закончил систолу (сокращение). Это приводит к большей нагрузке на левый желудочек, его гипертрофии и, в конечном итоге, к сердечной недостаточности.

Large-Artery Stiffness in Health and Disease: JACC State-of-the-Art Review  - ScienceDirect

Теперь ответим на вопрос почему именно скорость распространения пульсовой волны именно в аорте? Все дело в том, что существует три типа артерий:

  • Эластический тип — аорта, крупные артерии. В стенке такой артерии преимущественно эластические волокна, мышечных элементов практически нет.
  • Переходный тип — артерии среднего диаметра. В стенке и эластические волокна, и мышечные элементы.
  • Мышечный тип — артериолы, прекапилляры. В стенке преимущественно мышечные элементы.

Так вот, именно аорта как самая крупная эластическая артерий (да и к тому же непосредственно связанная с левым желудочком) служит основным буфером для пульсовой волны. Жесткость же мышечных артерий (например, в руке) особой роли не играет.

Почему сосуды теряют эластичность с возрастом?

Основной причиной потерей эластичности сосудов с возрастом является деградация одного из самых долгоживущих белков в нашем теле – эластина. Как следует из названия, эластин обеспечивает эластичность сосудов, то есть способность восстанавливать исходную форму после деформации. Эластин практически перестает обновляться с самого раннего детства, а то, что не обновляется, неизбежно накапливает повреждения и теряет свои свойства. По некоторым оценкам именно потеря эластичности сосудов накладывает верхний предел на продолжительность жизни человека в 120 лет. Из-за чего же разрушается эластин? В первую очередь речь идет о механическом разрушении: сердце сокращается, в среднем, 100 000 раз в день, 35 миллионов раз в год, а за жизнь оно совершает в среднем 2.5 миллиарда сокращений. Мало какой из известных на сегодняшний день материалов может выдержать такое количество циклов растяжения-сжатия.

Разрушенный эластин замещается другим белком – коллагеном. Коллаген менее эластичный и более жесткий. Более того, со временем он становится еще более жестким из-за гликирования и образования поперечных сшивок. Ну а завершает превращение эластичных сосудов в жесткие трубы кальцификация.

Что с этим делать?

Одним из самых эффективных средств, возвращающим сосудам былую молодость и эластичность, является низкодозовая комбинация флувастатин + валсартан. Так, например, всего месяц приема этой комбинации мужчинами с перенесенным инфарктом миокарда в анамнезе привел к тому, что СРПВ снизилась с 8.4 м/c до 7.2м/c. Более того, эффект сохранялся даже спустя три месяца после прекращения приема комбинации! Похожие результаты были получены в исследовании на более-менее здоровых добровольцах. Поэтому комбинация флувастатин+валсартан была самой первой интервенцией, которую попробовала наша группа (еще в 2016 году). Результаты нас приятно удивили. С тех пор мы значительно увеличили эффективность этой комбинации заменив статин и сартан на другие препараты их этих групп, а также добавив туда кое-что еще.

Вышеперечисленные препараты рецептурные (и опасные при неправильном применении) и поэтому без санкции врача не должны использоваться, но потенциально могут увеличить эластичность сосудов (или замедлить ее потерю) следующие интервенции:

Методы измерения

А теперь давайте поймем как измеряют СРПВ в аорте. Из школьного курса физики нам известно, что скорость – это расстояние / время. Очевидное решение – это вскрыть человека, измерить длину аорты и имплантировать в нее два датчика (в начало и конец). С помощью датчиков мы можем измерить время прохождения и, поделив длину аорты на это время, получим искомую величину. Все просто, но… как-то чересчур инвазивно 🙂 И поэтому были изобретены методы, которые измеряют СРПВ без необходимости вскрывать человека (сравнение этих методов).

Рисунок 1 – различные методы определения СРПВ

На сегодняшний момент золотым стандартом измерения является каротидно-феморальная СРПВ, которую, например, регистрирует прибор SphygmoCor. Каротидно-феморальную СРПВ измеряют закрепляя один датчик на соной артерии (каротидной), а второй датчик – на бедренной (феморальной). При это время между срабатыванием первого и второго датчика примерно соответствует времени прохождения пульсовой волны по аорте (см. рисунок 1, второй блок слева). Длину аорты оценивают делая измерения сантиметровой лентой (что вносит ошибку). Именно поэтому даже методы “золотого стандарта” имеют совсем не идеальную корреляцию с инвазивным методом (см. рисунок ниже):

Figure 1.

Интересно, что прибор PulsePen показал даже лучшие результаты чем считающийся “золотым стандартом” SphygmoCor, однако если последний можно найти хотя бы в Москве в паре учреждений, то этот прибор столь же редок как пейнит.

Теперь когда мы поняли насколько важен такой параметр как жесткость сосудистой стенки, а также изучили профессиональные приборы, перейдем к рассмотрению коммерческих приборов для личного использования, производители которых заявляют, что они способны точно измерять СРПВ. Но зачем нужны приборы для личного использования, если можно найти профессиональный прибор, сделать измерение до интервенции и после?

Следует помнить о том, что измеренная даже самым качественным прибором СРПВ имеет довольно большой разброс. В один день вы можете случайно получить довольно плохой результат, пропить какой-нибудь БАД, а через пару недель при повторном измерении получить более хороший результат и радостно убедите себя в том, что это именно этот чудесный БАД омолодил вам сосуды. Но в действительности с высокой вероятностью снижение СРПВ могло произойти чисто случайно в результате статистического феномена под названием “регрессия к среднему“. Для того, чтобы минимизировать риск ложного вывода необходимо перед вмешательством многократно измерять СРПВ для того, чтобы понять распределение этой величины. Чему равно среднее, медиана и различные перцентили. Этот поможет понять насколько вероятно на эластичность сосудов повлияла именно тестируемая интервенция, а не простая случайность. Ведь если в течении многократных измерений после интервенции значение СРПВ ниже минимального измеренного значения до интервенции, то есть неплохой шанс, что результат не случаен. Конечно, полностью исключить воздействие внешних факторов невозможно, но данный подход все же намного лучше чем ничего.

А теперь давайте рассмотрим бытовые приборы, которые по заверениям производителей, способны измерять скорость пульсовой волны. И первым на очереди у нас прибор iHeart.

iHeart

iHeart Internal Age - Your Internal Age Based On Aortic Stiffness

iHeart – это программно-аппаратный комплекс, состоящий из измерительного прибора и ПО для операционных систем iOS и Android. Измерительный прибор представляет из себя пульсоксиметр, который передает данные по беспроводному каналу (Bluetooth). Стоит данный девайс 195 долларов США. Принцип действия прибора основан на анализе формы пульсовой волны, которая коррелирует с возрастом и, по-идее, должна также коррелировать со скоростью пульсовой волны.

7: Blood Pressure Pulse Waveform at different Ages | Download Scientific  Diagram
Источник: https://www.researchgate.net/publication/221756719_Blood_pressure_estimation_using_oscillometric_pulse_morphology

Само измерение выполняется следующим образом: вы надеваете небольшой приборчик на палец, устанавливаете соединение с помощью программы на смартфоне (здесь у меня лично постоянно возникают проблемы, приходится коннектиться по многу раз), затем iHeart снимает показатели в течении 30 секунд и после этого выдает отчет. Сама процедура довольно удобна, но возникает вопрос: а достаточно ли у маленького устройства точности, чтобы заменить (хотя бы в некоторой степени) громоздкие профессиональные приборы? Что ж, давайте взглянем на график:

AopWV
Источник https://goiheart.com/faq/#faq-science

Я бы не сказал, что это прям хорошая корреляция (хотя разработчики iHeart утверждают, что она неплохая). На глазок коэффициент корреляции равен примерно 0.6. И это вполне соотносится с данными исследования точности различных методов определения СРПВ: метод каким iHeart определяет СРПВ очень похож на Cuff-based methods (Рисунок 1, крайний столбец справа). Cuff-based methods имеют довольно слабую корреляцию и с инвазивным методом измерения СРПВ, и с методами “золотого стандарта”. Зато они сильно коррелируют с возрастом, так что именно измерениям возраста, который выдает iHeart, есть определенное основание доверять. Еще к плюсам прибора стоит отнести то, что он способен определять сатурацию (насыщение крови кислородом), что в ковидную эпоху трудно переоценить.

А теперь переходим к следующему девайсу.

Withings Body Cardio

Withings Body Cardio V.2 -henkilövaaka, valkoinen

Это “умные” весы, которые в дополнение к стандартным показателям (масса, мышечная масса, жировая масса и т. п.) умеют измерять еще и СРПВ.

Принцип действия Withings Body Cardio (описан тут) достаточно прост: устройство сопоставляет баллистокардиограмму и импедансную плетизмограмму и получает время прохождения пульсовой волны. Поделив расстояние (которое оценивается исходя из роста) на время прохождения получаем скорость пульсовой волны.

Принцип действия Withings Body Cardio

Однако оценка длины пройденного пульсовой волной пути по росту, конечно же вносит свою погрешность:

Корреляция измерений СРПВ при помощи body Cardio c “золотым стандартом” – SphygmoCor

Коэффициент корреляции полученного значения с “золотым стандартом” превышает 0.7, что достаточно неплохо, но не идеально. В принципе, для небольших значений СРПВ согласие между двумя методами весьма неплохое. В большинстве случаев разброс составляет менее 1.5 м/с (синие линии). В другом исследовании корреляция со SphygmoCor была равна 0.76, что свидетельствует о воспроизводимости результатов.

Стоит устройство менее 180 долларов США (дешевле iHeart), время измерения СРПВ у этих весов меньше чем у iHeart. Автоматически распознают до 8 пользователей, довольно точно и стабильно измеряют массу тела, а вот надежно измерить процент жира, увы, не получится: у меня результаты в течение дня варьируются на 2 процентных пункта (это более 10%!). И это не только мой личный опыт: исследование на двух десятках добровольцев показало, что результаты измерения жировой массы этим прибором имеют очень слабую корреляцию (r=0.14) с референсным методом (Bod Pod). Это же исследование выявило интересные нюансы: во-первых, на этой выборке корреляция с референсным методом измерения была намного ниже (r=049 против r=0.7), а во-вторых, Body Cardio систематически занижали СРПВ на 0.7 м/с, что может быть проблемой в случае однократного измерения (но не является проблемой, если их использовать для контроля эффективности интервенций на самом себе в течении длительного времени).

Заключение

Обратите внимание на замеры, сделанные этими приборами в одно и то же время:

На первый взгляд, устройства показывают совершенно разные вещи. Однако если посчитать возраст по СРПВ полученной при помощи весов Withings Body Cardio (воспользовавшись, например, моим калькулятором), и сравнить его с возрастом, который показывает iHeart, то получим довольно близкие значения: 25.4 года против 24 лет. Так что я бы ориентировался именно на показатель возраста, который выдает iHeart, а СРПВ (PWV), которую выдают умные весы Withings Body Cardio переводил бы в биологический возраст при помощи калькулятора по ссылке выше.

Исходя из личного опыта использования могу сказать, что весы выдают гораздо более стабильные измерения жесткости сосудистой стенки (и, соответственно, сосудистого возраста). Показания же iHeart могут отличаться лет на 10 в течении одного дня. Хотя если сделать много измерений и усреднить, то полученный сосудистый возраст совпадает с тем, что выдают весы (если ввести значение PWV в наш калькулятор). Сделать много измерений не составляет большого труда, но все равно не очень удобно. С этой точки зрения весы предпочтительней да и измерение они делают быстрее. iHeart удобно брать с собой в поездку, зато весы Body Cardio интегрируются с другими девайсами Withings и в одном приложении можно иметь исчерпывающую информацию о себе. В общем, весы, на мой взгляд, выигрывают, если бы не одно но… На территории РФ функция измерения скорости пульсовой волны не работает 🙁 Надеюсь, что ее в скором времени включат. Ну а пока российским биотюнерам остается уповать на iHeart.

Понимая такое плачевное положение вещей на рынке пользовательских устройств для измерения эластичности сосудов, наша команда начала разработку собственного программно-аппаратного комплекса. Мы разработали первый прототип устройства (и ПО к нему), извлекли кучу полезных инсайтов и потихоньку разрабатываем вторую версию. Так что stay tuned 🙂

Поддержать проект:

Если есть идея для совместного проекта или хотите проспонсировать наши научно-инженерные проекты в области продления здоровой жизни в средне-крупном размере, пишите на we@rlegroup.net

А внести небольшие пожертвования на развитие сайта можно по этим реквизитам:

PayPal

Добавить комментарий