Arterite jäikus ja kardiovaskulaarne risk

Autorid: Kristjan Pilt (vanemteadur, Tallinna Tehnikaülikooli tervisetehnoloogiate instituut) ja prof Margus Viigimaa (Tallinna Tehnikaülikooli tervisetehnoloogiate instituut, teadusjuht, Põhja-Eesti Regionaalhaigla kardioloogiakeskus)

Arterite jäikuse tähendus ja selle määramine

Arterite jäikuse mõõtmine on alates 1990. aastate lõpust olnud põhimetoodika suurte arterite funktsiooni ja nende muutuste hindamiseks. Viimase kümnendi jooksul on olnud suur huvi varajase vaskulaarse haiguse avastamise vastu, et vältida edasisi kardiovaskulaarseid sündmusi.

Füüsikaliselt iseloomustab keha jäikust Youngi moodul, mis näitab, kui palju keha deformeerub rakendatud jõu mõjul. Seega arterite puhul iseloomustab nende jäikus seda, kui palju muutub rõhu muutuse mõjul veresoone läbimõõt (1). Arteri seina võib jagada kolmeks kihiks ehk kestaks: välis-, vahe- ja sisekest. Väliskest sisaldab peamiselt kohevat sidekude ning sisekesta moodustab ühekihiline endoteelirakkude kiht. Vahekest koosneb silelihaskihist ning elastsest kiulisest sidekoest, mille moodustavad elastiin- ja kollageenkiud (2). Peamiselt määrab arteri jäikuse ära vahekesta elastse sidekoe koostis ning silelihaste osakaal.

Südamele lähemal paiknevad arterid on elastsemad, omades vähem silelihaseid ning rohkem elastset sidekude, milles omakorda on suurem osakaal elastiinkiududel. Seega on elastsetel arteritel võime laieneda ja käituda reservuaarina, mis mahutab süstoli ajal südamest väljutatud verd. Distaalsematel arteritel on seevastu paksem silelihaskiudude kiht ning elastses sidekoes on suurem osakaal kollageenkiududel, mistõttu on sellised arterid jäigemad. Silelihaskiudude vasomotoorsed omadused võimaldavad sellistel arteritel kokku tõmbuda või laieneda, muutes seeläbi ka teatud määral arteri jäikust. (2)

Kuna arteri sein koosneb erineva jäikusega kudedest (nt elastiinkiud on elastsemad kui kollageenkiud), siis on vererõhu ja veresoone jäikuse omavaheline sõltuvus seetõttu mittelineaarne. Vererõhu muutusest tingitud arteri läbimõõdu muutus sõltub vererõhu absoluutväärtusest (3, 1). Seetõttu on arterite jäikuse määramise puhul väga oluline arvesse võtta vererõhu absoluutväärtust, et tulemused oleksid omavahel võrreldavad.

Mitteinvasiivset arterite jäikuse määramist on võimalik teha nii lokaalselt ühes arteri punktis kui ka regionaalselt mingi lõigu kohta (tabel 1). Lokaalse arteri jäikuse hindamiseks on kasutatud erinevaid parameetreid (4), mis kõik põhinevad enamasti ühe südametsükli jooksul määrataval pulsirõhul ning veresoone läbimõõdul (läbilõike pindala või ruumala) ja selle muutusel. Enamasti kasutatakse arteri elastsuse iseloomustamiseks parameetrit, mida nimetatakse arteri venitatavuseks (distensibility). Samuti on üha enamates teadusuuringutes kasutusel arteri jäikuse indeks β (stiffness index β), mis ei sõltu vererõhu absoluutväärtusest.

Arteri läbimõõdu määramiseks kasutatakse enamasti ultraheli- (UH) (5) või magnetresonantstomograafilist (MRT) uuringut (6). UH-uuringu täpsuse määrab ära seadme resolutsioon ning operaatori kogemus. UH-uuringut kasutatakse enamasti pindmiste (nt kaelaarter) ning MRT-uuringut sügavamate arterite puhul (nt aort). Mõlema uuringu puhul on võimalik salvestada ühe südametsükli pikkune kaadrite sari arteri läbilõikest ning hiljem tuvastada salvestusest läbimõõt ja selle muutus (1). Vererõhk ja arteri läbimõõdu muutus peaks olema määratud täpselt samast arteri punktist või lõigult. Enamasti määratakse vererõhk õlavarrelt.

Tabel 1. Arterite jäikust iseloomustavad parameetrid. (1, 7)

Samas ei vasta õlavarre arterilt mõõdetud pulsirõhk vererõhu laine kuju muutuste tõttu pulsirõhule kaelaarteris, aordis või radiaalarteris (8). Sellistel juhtudel võidakse kasutada eelnevalt kalibreeritud aplanatsioonitonomeetrit pulsilaine registreerimiseks, millelt on võimalik hinnata pulsirõhku. Sellist metoodikat on võimalik rakendada jällegi ainult pindmiste arterite puhul (4, 1).

Praegu puuduvad piisavad populatsioonipõhised uuringud, kus hinnataks kirjeldatud arteri jäikuse määramise metoodika mõju kardiovaskulaarsete haiguste ennetamiseks. Samuti oleks selliste arterite jäikuse hindamise meetodite jaoks tarvis läbi viia ulatuslikke valideerimisuuringuid (5). Sõeluuringu tegemiseks on sellisel kujul lokaalse arteri jäikuse mõõtmine ajamahukas ning suhteliselt keeruline. Seetõttu on praegu lokaalse arterite jäikuse määramise metoodika enamasti kasutuses teadusuuringutes.

Pulsilaine levikiirus kui kuldstandard arterite jäikuse määramisel

Mitmetest uuritud parameetritest on pulsilaine kiirus (pulse wave velocity – PWV) kõige valideeritum meetod, mida kasutatakse mitteinvasiivseks regionaalseks arteriaalse jäikuse hindamiseks (9, 8). Pulsilaine kiirust peetakse tänapäeval aordi jäikuse määramise kuldstandardiks, mille hindamist enamasti kasutatakse ka sõeluuringutes varaste muutuste tuvastamiseks ning kardiovaskulaarsete haiguste ennetamiseks. Kuna aort on kõige elastsem arter ning omab kõige õhemat silelihaste kihti (vasomotoorne aktiivsus mõjutab jäikust kõige vähem), siis on jäikuse muutused selles kõige paremini eristatavad (10).

Pulsilaine kiirus on kiirus, millega pulsilaine levib mööda arterit. Mida jäigem on arter, seda kiiremini pulsilaine levib. Karotiid-femoraalse pulsilaine levikiirus üle 10 m/s viitab arterite jäikusele ja ateroskleroosile (11). Pulsilaine kiirus sõltub arteri viskoelastsetest omadustest ehk nii mehaanilistest omadustest (arteri läbimõõt, seina paksus, jäikus) kui ka vedeliku viskoosusest (vere tihedus) (vt tabel 1). Kuna arteri jäikus sõltub vererõhust, siis on ka pulsilaine kiirus seotud vererõhuga, mida kinnitavad erinevad uuringud. Vererõhu tõus põhjustab arteri jäikuse suurenemist, mis omakorda kajastub pulsilaine kiiruse kasvus (12). Seetõttu on jällegi oluline pulsilaine kiiruste tulemuste võrdlemisel arvesse võtta vererõhu absoluutväärtusi.

Pulsilaine kiiruse määramiseks registreeritakse sünkroonselt arteri lõigu otsmistest punktidest pulsilained. Järgnevalt arvutatakse välja sama südametsükli jooksul ajaline hilistus registreeritud pulsilainete vahel. Hinnates keha pinnalt arteri lõigu pikkust, on võimalik välja arvutada pulsilaine kiirus (1). Pulsilaine kiiruse täpsuse määrab seega ära ajalise hilistuse ning arteri pikkuse määramise täpsus. Ajalise hilistuse määramise täpsus sõltub pulsilaine registreerimise metoodikast ning üldiselt on tulemusele võrdlemisi väike mõju, kui pulsilained on registreeritud samaaegselt. Samas on keha pinnalt määratud arteri pikkus võrdlemisi suure mõõtemääramatusega ehk viga on tingitud sellest, et arter ei pruugi olla sirge lõik kahe punkti vahel (8).

Aordi pikkuse määramisel on iga pulsilaine kiirust määrava seadme ja metoodika puhul vea minimeerimiseks täpselt määratud anatoomilised punktid, mille vahel arteri pikkus määratakse. Samuti on aordi pikkuse hindamiseks välja töötatud erinevaid koefitsiente ja mudeleid, mis võtavad lisaks keha pinnalt määratud lõigu pikkusele arvesse ka uuritava sugu, pikkust, kaalu ja vanust. Seeläbi on võimalik aordi pikkuse määramise viga teatud juhtudel vähendada pea kaks korda (13).

Pulsilaine kiirust on võimalik määrata ka MRT- (14) ja UH- (5) uuringutega. UH-uuringute puhul registreeritakse enamasti kahe järjestikuse uuringu käigus pulsilaine kahest erinevast arteri punktist sünkroonselt EKG signaaliga ning arvutatakse välja hilistused. Seega on lähtuvalt arteri pikkuse hinnangust ja pulsilainete omavahelisest hilistusest võimalik välja arvutada pulsilaine kiirus. Paraku on selline uuring aeganõudev ning ka kallis. MRT-uuringu puhul on võimalik väga täpselt mõõta nii aordi lõigu pikkus kui ka ajaline viide kahe pulsilaine vahel (14). Samuti võib osutuda efektiivseks teha selline mõõtmine MRT-uuringu raames, mille puhul nagunii visualiseeritakse aorti.

Aordi pulsilaine kiiruse määramiseks on välja töötatud ka seadmeid, mis kasutavad pulsilaine registreerimiseks erinevaid metoodikaid ning on sobilikud sõeluuringuteks. Enamasti kasutatakse pulsilaine registreerimiseks tundlikke piesoelektrilisi andureid, mis on paigutatud ühisunearterile ja reiearterile. Pulsilained registreeritakse samaaegselt ning arvutatakse välja nende omavaheline ajaline viide. Sellist metoodikat rakendatakse näiteks seadmes Complior (Artech Medical, Prantsusmaa) (15, 16).

Samuti kasutatakse pulsilainete registreerimiseks kahte järgestikust pulsilaine registreerimist aplanatsioonitonomeetrisse paigutatud piesoelektrilise anduriga. Sellisel juhul registreeritakse koos pulsilainega ka EKG signaal, mille suhtes arvutatakse ajalised viited. Kirjeldatud mõõtemetoodika on kasutuses näiteks seadmetes SphygmoCor (AtCor Medical, Austraalia) (15, 16) ja PulsePen (DiaTecne, Itaalia) (15). Aordi pulsilaine kiiruse määramiseks kasutatakse ka õlavarrele paigutatud mansetti, millega registreeritakse pulsilaine. Pulsilaine registreerimiseks on mansett pumbatud suprasüstoolsele rõhule (süstoolne rõhk + 30 mm Hg). Pulsilaine kiiruse määramine toimub eeldusel, et õlavarrelt registreeritud pulsilainest on eristatavad südamest otse jõudnud pulsilaine ning aordi ja niudearterite jagunemise punktist tagasi peegeldunud pulsilaine. Sellisel juhul määratakse ajaline hilistus kahe tuvastatud laine vahel.

Kirjeldatud metoodika võeti esmalt kasutuses seadmes Arteriograph (TensioMed, Ungari) (16) ning on hiljuti jõudnud kasutusse ka seadmesse Mobil-O-Graph (IEM GmbH, Saksamaa) (15). Pulsilaine kiiruse määramiseks peab esmalt mõõtma vahemaa kahe anatoomilise punkti vahel, mis peaks vastama aordi pikkusele, kuid mille korrigeerimiseks võib kasutada multiparameetrilisi mudeleid (13). Seejärel toimub signaalide registreerimine täispumbatud manseti abil, mis on paigutatud ümber küünarvarre. Kõikides nimetatud seadmetes toimub signaalide analüüs ja pulsilaine kiiruse arvutamine automaatselt. Seetõttu on ka pulsilaine kiiruse määramine suhteliselt lihtne.

Läbi on viidud erinevaid teadusuuringuid, mille käigus on leitud, et pulsilaine registreerimiseks kasutatavate seadmete tulemused erinevad omavahel (16, 17). Samas võrreldi hiljutises teadusuuringus omavahel seitset erinevat seadet, mis määravad aordi pulsilaine kiirust. Referentsina kasutati invasiivselt mõõdetud pulsilaine kiirust. Uuringu tulemusena selgus, et seadmed, mis kasutavad aordi pulsilaine kiiruse hindamiseks registreeritud pulsilaineid ühisunearterilt ja reiearterilt (Complior, PulsePen, SphygmoCor) on kõige täpsemad ja sobivad aordi pulsilaine kiiruse määramiseks (15).

Euroopa Kardioloogide Seltsi ja Euroopa Hüpertensiooniühingu ravijuhistes (11) soovitatakse PWV kasutamist kui suure tundlikkusega ja kiirelt muutusi kajastavat meetodit koos teiste hüpertensioonist tingitud organkahjustuse markeritega.

Arterite jäikuse kliiniline väärtus ja selle vähendamise võimalused

Aordi jäikus on mitmetes populatsioonides osutunud erinevate kardiovaskulaarsete (KV) tulemite iseseisvaks ennustajaks lisaks traditsioonilistele südame-veresoonkonnahaiguste riskifaktoritele. Magistraalarterite jäigastumine ehk elastsuse kadumine on peamine faktor, mis mõjutab süstoolse vererõhu tõusu ja diastoolse vererõhu langust vanemaealistel.

Tallinna Tehnikaülikoolis on välja töötatud pulsilainet optiliselt registreeriv ja analüüsiv seade, mis võimaldab hinnata arterite seisukorda. Arterite jäikust hindav ekspress-seade töötab teadusprojekti raames PERHi kardioloogiapolikliinikus. Koos EKG määramisega saame teada patsiendi arterite vanuse. Tervetel isikutel vaskulaarne vanus (= arterite jäikus) ja kronoloogiline vanus kattuvad. Mõnel juhul on aga patsientidel nende vanuse juures ootamatult kõrge arterite jäikuse tase. Seda nimetatakse enneaegseks vaskulaarseks vananemiseks (early vascular aging, EVA).

Meie eesmärk on leida prekliinilised situatsioonid, et eluviisi ja ravimitega ära hoida eluohtlikke haiguseid, nagu südameinfarkt ning ajuinsult. Ennetav diagnostika on suunatud sellele, et me näeks muutusi arterites enne, kui midagi juhtuma hakkab. Varajase ateroskleroosiga patsientidel teostame täiendavalt põhjalikumad uuringud (unearterite intima-meedia paksuse määramine, kaltsiumiskoori määramine ja pärgarterite angiograafia kompuutertomograafial ja lõpuks vajadusel selektiivne koronaarangiograafia).

On suur küsimus, kuidas nendel patsientidel arterite jäigastumist vähendada või tagasi pöörata, et KV kahjustusi edasi lükata. Randomiseeritud uuringute ja metaanalüüside tulemusena on leitud,et antihüpertensiivsetest ravimitest vähendavad arterite jäikust kõige efektiivsemalt AKE-inhibiitorid, ARB-id (11). Ka kaltsiumikanali blokaatoritel on leitud arterite jäikust vähendavat toimet.

Mitmed uuringud ja metaanalüüsid on näidanud statiinide arterite jäikust vähendavat toimet (19). Arvatakse, et see on lisatoime statiinide kolesterooli ja vererõhku langetavale efektile. Ka nüüdisaegsed 2. tüüpi diabeedi ravimid (DPP-4 inhibiitorid, GLP-2 agonistid ja SGLT2 inhibiirorid) on samuti arterite jäikust vähendava toimega (20).

Artikkel ilmus aprilli Lege Artises. Ajakirja saab tellida siit.

Kasutatud kirjandus:

1. Chirinos JA. Arterial Stiffness: Basic Concepts and Measurement Techniques. J of Cardiovasc Trans Res 2012;5:243–255.
2. Shirwany NA, Zou MH. Arterial stiffness: a brief review. Acta Pharmacol Sin 2010;31:1267–1276.
3. Zieff G, Heffernan K, Stoner K et al. The pressure-dependency of local measures of arterial stiffness. J Hypertens 2018;37:956−96
4. Lim J, Pearman M, Park W et al. Interrelationships Among Various Measures of Central Artery Stiffness. Am J Hypertens 2016;29:1024−1028.
5. Cho JY, Kim KH. Evaluation of Arterial Stiffness by Echocardiography: Methodological Aspects. Chonnam Med J 2016;52:101–106.
6. Herment A, Kachenoura N, Lefort M et al. Automated segmentation of the aorta from phase contrast mr images: Validation against expert tracing in healthy volunteers and in patients with a dilated aorta. J Magn Reson Imaging 2010;31:881–888.
7. Nichols WW and O'Rourke MF. Mcdonald’s blood flow in arteries. Theoretical, experimental and clinical principles. 5th ed. London: Taylor & Francis; 2005.
8. Cavalcante JL, Lima JAC, Redheuil A et al. Aortic stiffness: current understanding and future directions. J Am Coll Cardiol 2011;57:1511–1522.
9. Jankowski P. Value of arterial stiffness in predicting cardiovascular events and mortality. Medicographia 2015;37:399−403.
10. Shirwany NA, Zou MH. Arterial stiffness: a brief review. Acta Pharmacol Sin 2010;31:1267–1276.
11. Williams B, Mancia G, Spiering W et al. 2018 ESC/ESH Guidelines for the management of arterial hypertension. Eur Heart J 2018;39:3021-104.
12. Obata Y, Mizogami M, Singh S et al. The Effects of Hemodynamic Changes on Pulse Wave Velocity in Cardiothoracic Surgical Patients. Biomed Res Int 2016;9640457.
13. Zemtsovskaja G, Pilt K, Samarin A et al. Construction of gender-specific regression models for aortic length estimation based on computed tomography images. Health Technol 2019. DOI: 10.1007/s12553-019-00391-8
14. Wentland AL, Grist TM, Wieben O. Review of MRI-based measurements of pulse wave velocity: a biomarker of arterial stiffness. Cardiovasc Diagn Ther 2014;4:193−206.
15. Salvi P, Scalise F, Rovina M et al. Noninvasive Estimation of Aortic Stiffness Through Different Approaches. Hypertension 2019;74:117−129.
16. Rajzer MW, Wojciechowska W, Klocek M et al. Comparison of aortic pulse wave velocity measured by three techniques: Complior, SphygmoCor and Arteriograph. J Hypertens 2008;26:2001−2007.
17. Ring M, Eriksson MJ, Zierath JR et al. Arterial stiffness estimation in healthy subjects: a validation of oscillometric (Arteriograph) and tonometric (SphygmoCor) techniques. Hypertens Res 2014;37:999−1007.
18. Eesti Kardioloogide Selts. Euroopa Kardioloogide Seltsi (ESC) arteriaalse hüpertensiooni diagnoosimise ja ravi eestikeelne taskujuhis (2018). Eesti Kardioloogide Selts 20
19. D'elia L, La Fata E, Iannuzzi A et al. Effect of statin therapy on pulse wave velocity: A meta-analysis of randomized controlled trials. Clin Exp Hypertens 2018;40:601−608.
20. Batzias K, Antonopoulos AS, Oikonomou E et al. Effects of Newer Antidiabetic Drugs on Endothelial Function and Arterial Stiffness: A Systematic Review and Meta-Analysis. J Diabetes Res 2018;2018:1232583. DOI: 10.1155/2018/1232583