Пульсовая волна: как измерить молодость сосудов?

Эта статья специалиста по биостатистике Александра Фединцева была опубликована на сайте объединения RLE — исследовательской группы, изучающей методы радикального продления жизни. Мы приводим материал с некоторыми сокращениями и разъяснениями. Александр называет себя «биотюнером» — человеком, пытающимся с помощью разного рода интервенций улучшить те или иные показатели своего организма, противопоставляя таких людей биохакерам, к которым он относит «ученых-любителей, ставящих эксперименты по генному редактированию, вживлению имплантов» и т.д., а вовсе не поклонников БАДов.

Важнейший показатель, отражающий старение сердечно-сосудистой системы — жесткость и эластичность сосудов. Еще когда я работал над методом определения биологического возраста, я увидел насколько хорошо параметры эластичности сосудов — индекс аугментации, скорость распространения пульсовой волны — коррелируют с возрастом. Эти параметры наряду с толщиной комплекса интима-медиа сонных артерий  (толщина стенок артерий, измеряемая при помощи УЗИ. — Reminder) и степенью их стеноза вошли в состав итоговой модели, которая давала ошибку в определении хронологического возраста всего лишь порядка 6 лет. Более того, гипертоники и диабетики были, в среднем, на несколько лет старше своего паспортного возраста, что дополнительно подтверждало: 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). Если совсем грубо, да простят меня специалисты, то это скорость, с которой путешествует порция крови, вытолкнутая сердцем во время сокращения (систолы) желудочков. Как правило, речь идет о скорости распространения пульсовой волны в аорте. Почему именно там, я расскажу чуть позже.

Немного теории

Скорость распространения пульсовой волны в аорте — сильный предиктор будущих сердечно-сосудистых катастроф (например, инфаркта или инсульта), 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 причин на 15% [источник]. Кто-то может спросить, не имеем ли мы тут дело с простой корреляцией? По крайней мере, одно свидетельство причинно-следственной связи есть: в исследовании пациенты с гипертонией, которым удалось помимо давления снизить еще и СРПВ, жили дольше.

Также СРПВ сильно связана с работой мозга: ученые наблюдали 4,5 года за 375 пожилыми людьми с легкой когнитивной дисфункцией. К концу исследования у 105 человек (28%) развилась деменция, причем у большинства из них 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:

Интересно, что только жесткость артерий, а не наличие бляшек или толщина комплекса интима-медиа, была связана с бо́льшим риском деменции. Это говорит о том, что 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, а аорта за счет эластической деформации смягчает этот выброс и в целом делает поток крови более ровным. Если демпферные свойства аорты нарушаются из-за 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 и связана с увеличением риска деменции.

Кроме того, жесткие сосуды — один из ведущих факторов развития атеросклероза: жесткий матрикс (межклеточное наполнение в тканях. — Reminder) сосудов способствует росту проницаемости их внутренних поверхностей, что приводит к накоплению в стенках сосудов холестерина, миграции лейкоцитов, воспалению и формированию бляшек. Также более жесткие артерии повышают нагрузку на сердце: они увеличивают скорость распространения пульсовой волны, с какого-то момента скорость пульсовой волны вырастает настолько, что успевает отразиться и вернуться назад еще до того как левый желудочек закончил сокращение. Это приводит к еще большей нагрузке на левый желудочек, его гипертрофии и, в конечном итоге, к сердечной недостаточности.

Теперь ответим на вопрос почему скорость распространения пульсовой волны измеряется 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.

Именно аорта, как самая крупная эластическая артерия, 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 задает верхний предел продолжительности жизни человека в 120 лет.

Из-за чего 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 около 2,5 миллиардов 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. К тому же, со временем он становится еще более жестким из-за гликирования и образования поперечных сшивок. (О гликировании и сшивках можно подробно почитать в нашей статье, см. пятый раздел. — Reminder) Ну а завершает превращение эластичных сосудов в «жесткие трубы» их кальцификация.

Что с этим делать?

Одним из самых эффективных средств, возвращающим сосудам молодость и эластичность, служит низкодозовая комбинация флувастатин + валсартан, (Средство, снижающее уровень холестерина в крови, и средство от повышенного давления. Препараты могут вызывать побочные эффекты. Мы не  рекомендуем принимать никакие лекарственные средства без консультации у врача. — Reminder) Так, например, всего месяц приема этой комбинации мужчинами, перенесшими инфаркт миокарда, привел к тому, что СРПВ снизилась с 8,4 м/c до 7,2 м/c. Эффект сохранялся даже спустя три месяца после прекращения приема комбинации. Похожие результаты были получены в исследовании на здоровых добровольцах.

Потенциально увеличить эластичность сосудов (или замедлить ее потерю) могут следующие интервенции:

• нормализация веса (если он избыточный) [исследование]. Помните, что наиболее эффективно уменьшать массу тела именно ограничением калорийности питания, а не физическими упражнениями (об этом можно почитать в моей статье);
• аэробные физические упражнения [исследование];
• прием 500 мг куркумина [исследование];
• прием рыбьего жира [исследование];
• прием витамина К2 (менахинон-7, 180 мкг в день) [исследование];
• употребление черники (или голубики) [исследование].

(Прием биодобавок и витаминов также может привести к нежелательным побочным эффектам. Рекомендуем предварительно проконсультироваться с врачом. — Reminder)

Методы измерения

Как определить СРПВ в аорте? Из школьного курса физики известно, что скорость — это расстояние, деленное на время. Соответственно, самый прямой способ — вскрыть человека, измерить длину аорты и имплантировать в нее два датчика — в начало и конец. Но это, как вы догадываетесь, слишком инвазивно. Поэтому были изобретены методы, которые измеряют СРПВ без необходимости заглядывать внутрь грудной клетки. (Сравнение методов.)

«Золотой стандарт» измерения на сегодняшний день — каротидно-феморальная СРПВ, которую, например, регистрирует прибор SphygmoCor. Каротидно-феморальную СРПВ измеряют, закрепляя один датчик на сонной артерии (каротидной), а второй — на бедренной (феморальной). Время между срабатыванием первого и второго датчика примерно соответствует времени прохождения пульсовой волны по аорте — см. рисунок выше, второй блок слева.

Длину аорты оценивают сантиметровой лентой, что вносит ошибку, — именно поэтому даже SphygmoCor не идеально коррелирует с инвазивным методом — крайним левым на рисунке. (Исследование показывют, что небольшой прибор PulsePen дает лучшие результаты, чем SphygmoCor, однако если последний можно найти в Москве хотя бы в паре учреждений, то PulsePen редко у кого есть.)

Бытовые приборы

Есть ли приборы для личного использования? Вообще, следует помнить, что измеренная даже самым качественным аппаратом СРПВ имеет довольно большой разброс. Вы можете получить плохой результат, пропить какой-нибудь БАД, а через пару недель при повторном измерении заметить улучшение и сделать неверный вывод о том, что биодобавка омолодила вам сосуды. В действительности же с высокой вероятностью снижение СРПВ могло произойти чисто случайно в результате статистического феномена под названием «регрессия к среднему». Чтобы минимизировать риск ложного вывода, необходимо перед любыми экспериментами многократно измерять СРПВ, чтобы понять распределение этой величины: чему равно среднее, медиана и т.д. 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.

Начнем с iHeart ($195) — он состоит из измерительного прибора и приложения для iOS и Android. Сам прибор представляет из себя пульсоксиметр, который передает данные по Bluetooth. Принцип действия основан на анализе формы пульсовой волны, которая коррелирует с возрастом и, по идее, должна также коррелировать со скоростью пульсовой волны.

Измерение выполняется так: вы надеваете приборчик на палец, устанавливаете соединение с помощью программы на смартфоне (здесь у меня лично постоянно возникают проблемы, приходится коннектиться по много 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 громоздкие профессиональные приборы? Посмотрим на график:

Я бы не сказал, что это хорошая корреляция, хотя разработчики iHeart утверждают, что она неплохая, — 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 (верхний рисунок, крайний блок 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 также определяет насыщение крови кислородом, что в ковидную эпоху трудно переоценить.

Withings Body Cardio ($150) — «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 (подробно описан тут): устройство сопоставляет баллистокардиограмму и импедансную плетизмограмму и получает время прохождения пульсовой волны. Поделив расстояние, оцениваемое, исходя из роста, на время прохождения, выводится скорость пульсовой волны.

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

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.

Время измерения СРПВ у весов меньше чем у iHeart. Они 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 интересный нюанс: Body Cardio систематически занижали СРПВ на 0,7 м/с, что может быть проблемой в случае однократного измерения, но не так страшно, если их использовать для контроля эффективности интервенций 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 цифры. 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.

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. Одним словом, весы, на мой взгляд, выигрывают, если бы не одно но: на территории России функция измерения скорости пульсовой волны не работает. Надеюсь, что ее в скором времени включат. Ну а пока российским биотюнерам остается уповать на iHeart.

P.S. Команда под руководством Александра Фединцева разрабатывает собственный прибор для измерения пульсовой волны: они протестировали первую версию и сейчас дорабатывают вторую. Подробности — по ссылке в начале статьи.