COMPREHENSIVE EVALUATION OF CEREBRAL VASCULAR RESERVE PARAMETERS

Aim: The aim of this study was to examine the state of cardiovascular reactivity (CVR) in healthy volunteers (HV) and CVR changes in young patients with essential hypertension by using the developed methods for integrated CVR assessment. Materials and Methods: Transcranial duplex scanning (TCDS) of the middle cerebral arteries (MCA) was performed in HV (n=27) and patients with grade 2 hypertension (n=32) aged 18–38 years by using expert class ultrasound machines in the presence of hyperoxia and hypercapnia according to standard TCDS method. Results: The formulas for mathematical calculations of two CVR phases were developed. For reserve phase based on reaction force, absolute or relative change coefficient (CCabs or CCrel) for blood flow velocity (BFV) were calculated as follows: CCabs.=V2 /V0 and CCrel.=(V2 –V0 )/V0 *100%. For reserve phase based on reaction velocity, test change velocity (TCV) of BFV was calculated: TCV=(V2 –V0 )/Т. For autoregulation phase based on reaction force, BFV recovery index (RI) was calculated: RI=V0 /V4 . For autoregulation phase based on BFV, recovery rate (RR) was calculated as follows: RR=(V2 –V4 )/Тr. Autoregulation response normalized by arterial blood pressure (NAR) was calculated as follows: NAR =(V2 –V0 )/(V0 *(SBP2 –SBP0 ), where V was BFV in MCA (cm/c); V2 was BFV after 2 min of inhalation (cm/s); T and Tr were times = 2 (min); SBP was systolic blood pressure (mmHg); and 0, 2, and 4 corresponded to initial values, values after 2 min of inhalation, and values 2 min after inhalation, respectively. Patients had significant decrease in reaction force (CCabs: 0.79±0.16 and 0.91±0.09; р=0.036) and significant slowing down in response velocity (TCV: 8.99±1.61 and 6.24±1.12, р=0.026) and in recovery velocity (RI: 2.59±0.54 and 1.63±0.76; р=0.011) in hyperoxia. No significant BFV abnormalities were found in hypercapnia compared with HV. NAR coefficient in hypertensives was the most effective in hyperoxia and hypercapnia. Differences were illustrated by clinical cases. Conclusions: The study demonstrated valid complex of qualitative CVR indicators. Young patients with arterial hypertension had early signs of abnormal CVR. Developed NAR elucidated bidirectional abnormalities in the adaptive MCA capabilities. 

1. Лавров А.Ю., Яхно Н.Н., Бузиашвили Ю.И. и др. Характеристика артериальной и венозной церебральной гемодинами¬ки на разных стадиях дисциркуляторной энцефалопатии // Журн. неврол. и психиатр. им. С.С. Корсакова. Инсульт (приложение). – 2005. – Вып. 15. – С. 4–12.

2. Белкин А.А., Алашеев А.М., Инюшкин С.Н. Транскраниальная допплерография в интенсивной терапии : метод. руководство для врачей. – Петрозаводск : ИнтелТек, 2006. – 106 с.

3. Гайдар Б.В., Парфенов В.Е., Свистов Д.В. и др. Определение тактики хирургического лечения артериовенозных мальформаций головного мозга на основании данных минимального инвазивного диагностического комплекса // Повреждения мозга (минимально инвазивные способы диагностики и лечения) : матер. междунар. симпозиума. – СПб., 1999. – С. 311¬320.

4. Гераскина Л.А. Хронические цереброваскулярные заболевания при АГ: кровоснабжение мозга, центральная гемодинамика и функциональный сосудистый резерв : автореф. дис. … докт. мед. наук. – М., 2008. – 48 с.

5. Куликов В.П. Основы ультразвукового исследования сосудов. – М. : Видар, 2015. – 392 с.

6. Лелюк В.Г., Лелюк С.Э. Церебральное кровообращение и артериальное давление. – М. : Реальное время, 2004. – 304 с.

7. Лишманов Ю.Б., Завадовский К.В., Ефимова Н.Ю. и др. Возможности ядерной медицины в диагностике сердечно-сосудистых заболеваний // Сибирский медицинский журнал (Томск). – 2015. – Т. 30, № 2. – С. 21–28.

8. Молоков Д.Д. Роль реактивности сердечно¬сосудистой системы в патогенезе, диагностике и лечении атеросклеротической дисциркуляторной энцефалопатии : автореф. дис. … докт. мед. наук. – Иванов, 1995. – 29 с.

9. Рипп Е.Г., Рипп Т.М., Шипаков В.Е., Подоксенов Ю.К. и др. Патент на полезную модель РФ № 53881 от 10.06.2006. Устройство для оценки цереброваскулярного резерва // Изобретения, полезные модели, Бюллетень Роспатента. – 2006. – № 16.

10. Рипп Т.М., Рипп Е.Г., Мордовин В.Ф., Карпов Р.С. и др. Патент № 2351282 от 10/04/2009. Способ оценки ауторегуляции мозгового кровотока // Изобретения, полезные модели, Бюллетень Роспатента. – 2009. – № 10.

11. Рипп Т.М., Рипп Е.Г., Мордовин В.Ф., Подоксенов Ю.К. и др. Патент на изобретение РФ № 2351281 от 10.04.09. Способ оценки цереброваскулярной реактивности // Изобретения, полезные модели, Бюллетень Роспатента. – 2009. – № 10.

12. Borglykke A., Andreasen A.H., Jeppesen J. et al. On behalf of the MORGAM Project. Impact of Age on the Importance of Systolic and Diastolic Blood Pressures for Stroke Risk: The MOnica, Risk, Genetics, Archiving and Monograph (MORGAM) [Ibsen H., Jorgensen T.] // J. Hypertension. – 2012. – Vol. 60. – P. 1117– 1123.

13. Brodie F.G., Panerai R.B., Foster S. et al. Longterm changes in dynamic cerebral autoregulation: a 10 years follow¬up study // Clin. Physiol. Funct. Imaging. – 2009, Sep. – Vol. 29(5). – P. 366– 371.

14. Goode S.D., Krishan S., Alexakis C. et al. Precision of cerebrovascular reactivity assessment with use of different quantification methods for hypercapnia functional MR imaging // Am. J. Neuroradiol. – 2009 May. – Vol. 30(5). – P. 972–977.

15. Mancia G., Fagard R., Narkiewicz K. et al. 2013 ESH/ESC Guidelines for the management of arterial hypertension: the Task Force for the management of arterial hypertension of the European Society of Hypertension (ESH) and of the European Society of Cardiology (ESC). Task Force Members // J. Hypertension. – 2013, Jul. – Vol. 31(7). – Р. 1281–1357.

16. Nasr N., Traon A.P., Czosnyka M. et al. Cerebral autoregulation in patients with obstructive sleep apnea syndrome during wakefulness // Eur. J. Neurol. – 2009, Mar. – Vol. 16(3). – P. 386–391.

17. Park C.W., Sturzenegger M., Douville C.M. et al. Autoregulatory response and CO2 reactivity of the basilar artery // Stroke. – 2003, Jan. – Vol. 34(1). – P. 34–39.

18. Sabayan B., van der Grond J., Westendorp R.G. et al. Total cerebral blood flow and mortality in old age12¬year follow¬up study // Neurology. – 2013, Nov. 26. – Vol. 81(22). – P. 1922–1929.

19. Tzeng Y.C., MacRae B.A., Ainslie P.N. et al. Fundamental relationships between blood pressure and cerebral blood flow in humans [Электронный ресурс] // J. Appl. Physiol. – 2014, Nov 1. – Vol. 117(9). – P. 1037–1048. – doi: 10.1152/japplphysiol.00366.2014.