cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2023-38-1-75-81cardiotomsk-1715Research ArticleКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯCLINICAL STUDIESИзменение колебательных и нелинейно-динамических процессов микроциркуляции у пациентов с облитерирующим атеросклерозом артерий нижних конечностей после реваскуляризацииChanges in oscillatory and nonlinear dynamic processes of microcirculation in patients with obliterating atherosclerosis of lower limb arteries after revascularizationhttps://orcid.org/0000-0002-4931-5383ВасильевА. П.VasilievA. P.

Васильев Александр Петрович - доктор медицинских наук, главный научный сотрудник, отделение артериальной гипертонии и коронарной недостаточности, научный отдел клинической кардиологии.

625026, Тюмень, ул. Мельникайте, 111

Alexander P. Vasiliev - Dr. Sci. (Med.), Leading Research Scientist, Arterial Hypertension and Coronary Insufficienc  Department, Scientific Department of Clinical Cardiology, Tyumen Cardiology Research Center, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences.

111, Melnikaite str., Tyumen, 625026

sss@infarkta.nethttps://orcid.org/0000-0001-8675-9103СтрельцоваН. Н.StreltsovaN. N.

Стрельцова Нина Николаевна - научный сотрудник, отделение артериальной гипертонии и коронарной недостаточности, научный отдел клинической кардиологии.

625026, Тюмень, ул. Мельникайте, 111

Nina N. Streltsova - Scientific Research Scientist, Department of Arterial Hypertension  and Coronary  Insufficien   , Scientific  Deparment  of Clinical Cardiology, Tyumen Cardiology Research Center, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences.

111, Melnikaite str., Tyumen, 625026

sss@infarkta.netТюменский кардиологический научный центр – филиал Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наукРоссияTyumen Cardiology Research Center, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of SciencesRussian Federation2023090420233817581Copyright © Васильев А.П., Стрельцова Н.Н., 20232023Васильев А.П., Стрельцова Н.Н.Vasiliev A.P., Streltsova N.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/1715Цель

Цель: изучить характер изменения колебательных и нелинейно-динамических процессов в микроциркуляторном русле кожи методом лазерной допплеровской флоуметрии у больных облитерирующим атеросклерозом артерий нижних конечностей (ОААНК) после реваскуляризации конечности.

Материал и методы

Материал и методы. Исследованы 27 пациентов мужского пола с ОААНК до и после эндоваскулярной реваскуляризации пораженной конечности (медианный возраст –63,0 [60,0; 69,0] года). Микроциркуляцию (МЦ) кожи стопы с оценкой нелинейных динамических процессов и спектрального вейвлет-анализа колебаний кровотока исследовали методом лазерной допплеровской флоуметрии. Определяли нормированные амплитудные показатели колебаний кровотока в частотных диапазонах, отражающих: эндотелиальный, нейрогенный, миогенный, респираторный, пульсовой факторы гемоциркуляции. Рассчитывали показатели шунтирования и нутритивного кровотока. Проводили окклюзионную пробу с определением резерва капиллярного кровотока. Исследование нелинейных динамических процессов включало оценку фрактальной размерности, определение энтропии и анализ фазового портрета.

Результаты

Результаты. Реваскуляризация конечности у пациентов с ОААНК приводила к улучшению клинической картины, сопровождающемуся статистически значимым ростом нутритивного кровотока (+9,7%), резервного дилатационного потенциала микрососудов (+43,2%), уменьшением артериоло-венулярного шунтирования крови (–5,0%) и снижением венозного полнокровия (–14,3%). Анализ нелинейных динамических процессов МЦ показал, что после ангиопластики на фоне сохраняющегося дефицита энергии колебательных процессов отмечалось снижение показателя фрактальной размерности (–14,3%), свидетельствуя об ограничении лабильности функциональной системы микрососудистого русла. В то же время установлено возрастание хаотизации регуляторных механизмов периферического кровотока.

Выводы

Выводы. Полученные результаты свидетельствуют о позитивных функциональных сдвигах МЦ русла на фоне улучшения клинической картины у пациентов с ОААНК после реваскуляризации конечности. При этом изменение параметров  нелинейной  динамики  указывает  на  компенсаторное  увеличение  хаотизации  системы  на  фоне сохраняющегося ограничения ее функциональной лабильности и дефицита энергии колебательных процессов.

Aim

Aim: To study the nature of changes in oscillatory and nonlinear dynamic processes in the skin microcirculatory system by laser Doppler flowmetry in patients with obliterating atherosclerosis of the lower limbs arteries (OALLA) after limb revascularization.

Material and Methods

Material and Methods. 27 male patients with OALLA before and after endovascular revascularization of the affected limb (median age 63.0 [60.0; 69.0] years) were studied. Microcirculation (MC) of the foot skin with assessment of nonlinear dynamic processes and spectral wavelet analysis of blood flow fluctuations was studied by laser Doppler flowmetry. The normalized amplitude indices of blood flow fluctuations were determined in frequency ranges reflecting: endothelial, neurogenic, myogenic, respiratory, pulse factors of hemocirculation. Bypass parameters and nutritive blood flow were assessed. An occlusion test was performed to determine capillary blood flow reserve. The study of nonlinear dynamic processes included assessment of fractal dimension, entropy determination and phase portrait analysis.

Results

Results. Limb revascularization in patients with OALLA resulted in improvement of the clinical picture accompanied by statistically significant increase in nutritive blood flow (+9.7%) and reserved dilatation potential of microvessels (+43.2%), decrease in arteriolo-venular blood shunting (–5.0%) and venous plethora (–14.3%). The analysis of nonlinear dynamic processes of the MC showed that after angioplasty, along with the remaining deficit of oscillatory processes energy, there was a decrease in the fractal dimension index (–14.3%), indicating the limitation of lability of the functional system of the microvascular bed. At the same time, an increase in the chaotization of the regulatory mechanisms of the peripheral blood flow was established.

Conclusions

Conclusions. The results showed positive functional changes of the MC system associated with the improved clinical picture in patients with OALLA after limb revascularization. At the same time, changes in the nonlinear dynamics parameters indicate a compensatory increase in the chaotization of the system together with the remaining limitation of its functional lability and the energy deficit of oscillatory processes.

облитерирующий атеросклероз артерий нижних конечностеймикроциркуляциялазерная допплеровская флоуметриянелинейная динамикареваскуляризация конечностиobliterating atherosclerosis of the lower limbs arteriesmicrocirculationlaser Doppler flowmetrynonlinear dynamicslimb revascularizationReferencesБекман И.Н. Нелинейная динамика сложных систем: теория и практика. Метанаука. Эволюция систем. М.; 2018.Beckman I.N. Nonlinear dynamics of complex systems: theory and practice. Metascience. The evolution of systems. Moscow; 2018. (In Russ.).Bonato P., Roy S.H., Knaflitz M., De Luca C.J. Time-frequency parameters of the surface myoelectric signal for assessing muscle fatigue during cyclic dynamic contractions. IEEE Trans. Biomed. Eng. 2001; 48(7):745–53. DOI: 10.1109/10.930899.Bonato P., Roy S.H., Knaflitz M., De Luca C.J. Time-frequency parameters of the surface myoelectric signal for assessing muscle fatigue during cyclic dynamic contractions. IEEE Trans. Biomed. Eng. 2001; 48(7):745–53. DOI: 10.1109/10.930899.Крупаткин А.И., Сидоров В.В. Функциональная диагностика состояния микроциркуляторно-тканевых систем: Колебания, информация, нелинейность: рук-во для врачей. М.: Либроком; 2013:496.Krupatkin A.I., Sidorov V.V. Functional diagnostics of mikrotsirkuljatornotissue systems: Fluctuations, information, nonlinearity. Guide for Physicians. Moscow: Librokom; 2013:496. (In Russ.).Анищенко В.С. Знакомство с нелинейной динамикой. М.: Издательство ЛКИ; 2008:224.Anishchenko V.S. Introduction to nonlinear dynamics. Moscow: LKI Publishing House; 2008:224. (In Russ.).Klonowski W. From conformons to human brains: an informal overview of nonlinear dynamics and its applications in biomedicine. Nonlinear Biomed. Phys. 2007;1(1):5. DOI: 10.1186/1753-4631-1-5.Klonowski W. From conformons to human brains: an informal overview of nonlinear dynamics and its applications in biomedicine. Nonlinear Biomed. Phys. 2007;1(1):5. DOI: 10.1186/1753-4631-1-5.Henriques T., Ribeiro M., Teixeira A., Castro L., Antunes L., Costa-Santos C. Nonlinear Methods Most Applied to Heart-Rate Time Series: A Review. Entropy (Basel). 2020;22(3):309. DOI: 10.3390/e22030309.Henriques T., Ribeiro M., Teixeira A., Castro L., Antunes L., Costa-Santos C. Nonlinear Methods Most Applied to Heart-Rate Time Series: A Review. Entropy (Basel). 2020;22(3):309. DOI: 10.3390/e22030309.Ilarraza-Lomelí H., Rius-Suárez M.D. Complexus cordis. Arch. Cardiol. Mex. 2020;91(3):327–336. DOI: 10.24875/ACM.200000391.Ilarraza-Lomelí H., Rius-Suárez M.D. Complexus cordis. Arch. Cardiol. Mex. 2020;91(3):327–336. DOI: 10.24875/ACM.200000391.Ma Y., Shi W., Peng C.-K., Yang A.C. Nonlinear dynamical analysis of sleep electroencephalography using fractal and entropy approaches. Sleep. Med. Rev. 2018;37:85– 93. DOI: 10.1016/j.smrv.2017.01.003.Ma Y., Shi W., Peng C.-K., Yang A.C. Nonlinear dynamical analysis of sleep electroencephalography using fractal and entropy approaches. Sleep. Med. Rev. 2018;37:85– 93. DOI: 10.1016/j.smrv.2017.01.003.Зуева М.В. Нелинейные фракталы: приложения в физиологии и офтальмологии. Обзор. Офтальмология. 2014;1(1):4–11.Zueva M.V. Nonlinear fractals: applications in physiology and ophthalmology. Zueva M.V. Nonlinear fractals: applications in physiology and ophthal. Ophthalmology in Russia. 2014; 11(1):4–11. (In Russ.).Крупаткин А.И., Сидоров В.В., Кучерик А.О., Троицкий Д.П. Современные возможности анализа поведения микроциркуляции крови как нелинейной динамической системы. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2010;9(1):61–67.Krupatkin A.I., Sidorov V.V., Kucherik A.O., Troitsky D.P. Modern possibilities to analyse the behavior of microhemocirculation as nonlinear dynamic system. Regional blood circulation and microcirculation. 2010;9(1):61–67. (In Russ.).Кожевникова К.В., Малюжинская Н.В., Полякова О.В. Анализ нелинейной динамики в микроциркуляторном русле у детей с сахарным диабетом типа 1 методом лазерной допплеровской флоуметрии. Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. 2016;58(2):127–131. URL: https://www.volgmed.ru/uploads/journals/articles/1494054472-vestnik-2016-2-2700.pdf (31.01.2023).Kozhevnikova K.V., Malyuzhinskaya N.V., Polyakov O.V. Аnalysis of nonlinear dynamics in the microvasculature in children with type 1 diabetes by laser doppler flowmete . Journal of Volgograd state medical university. 2016;58(2):127–131. (In Russ.). URL: https://www.volgmed.ru/uploads/journals/articles/1494054472-vestnik-2016-2-2700.pdf (31.01.2023).Стрельцова Н.Н., Васильев А.П. Особенности нелинейных динамических процессов и их взаимосвязь с показателями микроциркуляции у больных облитерирующим атеросклерозом артерий нижних конечностей по данным лазерной допплеровской флоуметриии. Лазерная медицина. 2022;26(2):15–20. DOI: 10.37895/2071-8004-2022-26-2-15-20.Streltsova N.N., Vasiliev A.P. Non-linear dynamic processes and their correlation with indicators of microcirculation in patients with obliterating atherosclerosis of the lower extremities arteries according to laser doppler flowmetr . Laser medicine. 2022;26(2):15–20. (In Russ.). DOI: 10.37895/2071-8004-2022-26-2-15-20.Schmid-Schönbein H., Ziege S., Grebe R., Blazek V., Spielmann R., Linzenich F. Synergetic interpretation of patterned vasomotor activity in microvascuiar perfusion: discrete effects of myogenic and neurogenic vasoconstriction as well as arterial and venous pressure fluctuations. Int. J. Microcirc. Clin. Exp. 1997;17(6):346–59. DOI: 10.1159/000179251.Schmid-Schönbein H., Ziege S., Grebe R., Blazek V., Spielmann R., Linzenich F. Synergetic interpretation of patterned vasomotor activity in microvascuiar perfusion: discrete effects of myogenic and neurogenic vasoconstriction as well as arterial and venous pressure fluctuations. Int. J. Microcirc. Clin. Exp. 1997;17(6):346–59. DOI: 10.1159/000179251.Муравьев А.В., Михайлов П.В., Тихомирова И.А. Микроциркуляция и гемореология: точки взаимодействия. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2017;16(2):90–100. DOI: 10.24884/1682-6655-2017-16-2-90-100.Muravyov A.V., Mikhailov P.V., Tikhomirova I.A. Microcirculation and hemorheology: points of interaction. Regional blood circulation and microcirculation. 2017;16(2):90–100. (In Russ.). DOI: 10.24884/1682-6655-2017-16-2-90-100.Hamlin S.K., Benedik P.S. Basic concepts of hemorheology in microvascular hemodynamics. Crit. Care Nurs. Clin. North Am. 2014;26(3):337–44. DOI: 10.1016/j.ccell.2014.04.005.Hamlin S.K., Benedik P.S. Basic concepts of hemorheology in microvascular hemodynamics. Crit. Care Nurs. Clin. North Am. 2014;26(3):337–44. DOI: 10.1016/j.ccell.2014.04.005.Гольдберг Эри Л., Ригни Д.Р., Уэст Б.Д. Хаос и фракталы в физиологии человека. В мире науки. 1990;4:25–32.Goldberg Eri L., Rigney D.R., West B.D. Chaos and fractals in human physiology. In the world of science. 1990;4:25–32. (In Russ.).Isler V., Narin A., Ozer M., Perc M. Multi-stage classification of congestive heart failure basedon short-term heart rate variability. Chaos, Solitons & Fractals. 2019;118:145–151. DOI: 10.1016/j.chaos.2018.11.020.Isler V., Narin A., Ozer M., Perc M. Multi-stage classification of congestive heart failure basedon short-term heart rate variability. Chaos, Solitons & Fractals. 2019;118:145–151. DOI: 10.1016/j.chaos.2018.11.020.Mondéjar-Guerra V., Novo J., Rouco J., Penedo M.G., Ortega M. Heartbeat classification fusing temporal and morphological information of ECGs via ensemble of classifiers. Biomedical Signal Processing and Control. 2019;47:41–48. DOI: 10.1016/j.bspc.2018.08.007.Mondéjar-Guerra V., Novo J., Rouco J., Penedo M.G., Ortega M. Heartbeat classification fusing temporal and morphological information of ECGs via ensemble of classifiers. Biomedical Signal Processing and Control. 2019;47:41–48. DOI: 10.1016/j.bspc.2018.08.007.Skinner J.E., Pratt C.M., Vybiral T. A reduction in the correlation dimension of heartbeat intervals precedes imminent ventricular fibrill tion in human subjects. Am. Heart. J. 1993;125(3):731–743. DOI: 10.1016/0002-8703(93)90165-6.Skinner J.E., Pratt C.M., Vybiral T. A reduction in the correlation dimension of heartbeat intervals precedes imminent ventricular fibrill tion in human subjects. Am. Heart. J. 1993;125(3):731–743. DOI: 10.1016/0002-8703(93)90165-6.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.