Дружит ли сердце с сосудами

Data Mining — интеллектуальный анализ данных

Так переводится термин, введенный в научный оборот более четверти века назад для обозначения совокупности методов обнаружения в базах данных ранее неизвестных, нетривиальных, полезных и доступных интерпретации знаний, необходимых для принятия решений в разных сферах человеческой деятельности.

Раиса Хурса и врачи-терапевты отделения дневного пребывания 32-й городской клинической поликлиники Минска Лина Щербина (слева) и Мария Бут-Гусаим консультируют пациентку.

Исполнитель проекта от БГМУ доцент кафедры поликлинической терапии, кандидат мед. наук Раиса Хурса (на снимке — в центре) поясняет:

— Все медицинские стандарты выведены из средних значений соответствующего параметра у большого количества людей. Нормы относительны, но ведь врач должен на что-то ориентироваться, оценивая состояние пациента. При гипертензии сигналом серьезности болезни служит не столько величина АД, сколько общий сердечно-сосудистый риск, определяемый по совокупности критериев, в т. ч. показателей АД. 

В нашем исследовании речь идет о принципиально новом подходе к функциональной диагностике гемодинамики сердечно-сосудистой системы, названном нами КАСПАД — количественный анализ связей параметров артериального давления. Он заключается в статистической обработке ряда величин АД пациента — линейной регрессии, данные которой позволяют оценивать индивидуальные особенности кровообращения как процесса взаимодействия сердца и сосудов в продвижении крови. 

При использовании КАСПАД в больших группах пациентов разного пола, возраста и состояния здоровья была разработана классификация гемодинамических типов на основе получаемых коэффициентов регрессии и определено их смысловое содержание. Установлено существование дисфункциональных типов кровообращения, в т. ч. у некоторых практически здоровых людей. Такая ранняя диагностика скрытых доклинических нарушений позволяет прогнозировать развитие артериальной гипертензии, индивидуально подбирать лечение пациентам с этим и другими сердечно-сосудистыми заболеваниями с учетом их персональной модели кровообращения, а также динамически контролировать процесс циркуляции крови. 

Научная новизна такого подхода к исследованию гемодинамики подтверждена 6 заявками на патент, 3 действующими патентами. Еще 2 заявки удостоены положительного решения экспертов и находятся на завершающем этапе получения свидетельства. Метод внедрен в базовых клинических поликлиниках кафедры, его используют в лечении, учебном процессе и научной работе. КАСПАД интересуются специалисты БГМУ, ГрГМУ и ВГМУ, УП «Кардиан». 

Ученым необходимо расширение научной кооперации, чтобы полнее раскрыть механизмы формирования гемодинамических типов с помощью полноценного обследования пациентов другими, известными методами диагностики. Ведь на кафедре поликлинической терапии БГМУ практически нет соответствующего оборудования, а использовать в научных целях мощности поликлиник, где параклинические службы предельно загружены, проблематично.

Если в отношении кардиологических больных вопрос решаем, то для здоровых людей с патологическим кровообращением это нереально, ведь медицина таких не изучает. КАСПАД применим к любой ретроспективной базе данных АД. 

Открываются уникальные перспективы для прогнозирования, поскольку можно связать нынешнее состояние пациента с гемодинамикой в прошлом. В последние годы интерес к исследованиям наших ученых проявляют и зарубежные коллеги, в частности, из Клиники гипертонии и диабета Гданьского медуниверситета. Исследования продолжаются, и ученые рассчитывают на всеобщее признание метода.

«Геологические» корни КАСПАД  

По словам Раисы Валентиновны, к созданию метода подтолкнуло знакомство 20-летней давности — с геологом по образованию, в прошлом сотрудником одного из академических институтов Вячеславом Чеботарёвым. Он занимался прогнозированием геологических процессов и высказал здравую мысль: искатели полезных ископаемых извлекают важные сведения о земных недрах, проводя статистический анализ фиксируемых геофизических параметров. 

Почему бы не проделать это с медицинскими данными? Измеряя АД у пациента, врач довольствуется всего парой цифр и соотносит их с принятой нормой. Но если проводить мониторинг АД и анализировать результаты с помощью современных методов, то можно получить новую диагностическую информацию, скрытую от глаз, и оценить динамику процесса, а значит, предотвратить беду. 

Совместный научный поиск принес плоды: подали заявки на патенты и получили первые 3 на способы контроля кровообращения (в 2002–2005 годах). Вячеслава Марковича не стало, но работа, к которой он подтолкнул, не прекращалась. В последние годы к исследованиям подключился Институт физики НАНБ, и вышли на фундаментальный уровень: завершены 2 проекта исследований по БРФФИ, планируется третий. 

Теория систем против гипертензии

Казалось бы, ну что еще кроме значений систолического, диастолического и пульсового давлений (и иногда — частоты пульса) дает обычный тонометр? Дополнительных режимов нет. Некоторые приборы запоминают значения АД, однако анализ не проводится, оценка прежняя: норма — не норма.

Тем не менее «выудить» из этого потока цифр ценные сведения — важные для определения и предсказания течения болезни — все же удалось. С помощью теории систем — научной и методологической концепции исследования объектов, представляющих собой системы. В совокупности индивидуальных параметров АД исследователи увидели именно такую, а это значит, что ее функционирование подчиняется общим для систем законам. 

— Состояние системы определяется не только действующими объектами (в данном случае, измеряемыми параметрами АД), но и связями между ними, — уточняет Раиса Валентиновна. — КАСПАД — линейная регрессия между показателями АД, которая  выявляет именно связь, зависимость между этими действующими объектами системы. По сути, результат КАСПАД — статистическая модель кровообращения, характеризующая совокупные усилия сердца и сосудов в продвижении крови в интервале времени наблюдения. Мы показали, что модель способна годами оставаться стабильной, а может и перестраиваться под влиянием различных факторов: лечения, изменения образа жизни, старения и др.

Современные компьютеры позволяют быстро проводить анализ данных. Регрессия может быть получена и по 4–5 измерениям (их число индивидуально). Важно понять, насколько точно отражено кровообращение конкретного пациента. Оказалось, что по 6–7 измерениям АД адекватная регрессия у 65–70% обследованных, а по 20 измерениям — более чем у 98%. Поэтому для объективной картины следует иметь не менее 20 измерений АД в желаемом интервале времени. 

Вычисляемые персональные коэффициенты линейной регрессии, а их всего 2, позволяют оценить, во-первых,  «пропорциональный вклад» сердца/сосудов в процесс кровообращения, по которому определяется гемодинамический тип (КАСПАД-тип), во-вторых, нигде ранее количественно не отражаемый показатель — давление крови в области исчезающей пульсовой волны (как известно, это происходит в конечной части артериол). 

По выражению известного физиолога Ивана Сеченова, артериолы — краны сосудистой системы, регулирующие приток крови в капилляры, где происходит обмен веществ между кровью и тканями. И от давления в артериолах во многом зависит интенсивность процесса. При слишком низком давлении пациенту с гипертензией на фоне лечения угрожает появление и прогрессирование ИБС, энцефалопатии, почечных нарушений, а здоровому человеку — развитие гипертензии в ближайшей или отдаленной перспективе. Если, конечно, на патологическое кровообращение не повлиять какими-то средствами. Именно над этой проблемой авторы начали работать.

Гемодинамических классов… 10

Интеллектуальный анализ данных, проведенный в лаборатории лазерной спектроскопии Института физики НАНБ, в частности, кандидатом физико-математических наук Маргаритой Войтиковой, базируется именно на параметрах, полученных благодаря КАСПАД. Он позволил объединить оба коэффициента регрессии в новую диагностическую единицу — гемодинамический класс. 

Таких классов у людей с разным АД оказалось 10. Для удобства применения создана диагностическая номограмма — карта гемодинамических классов: на нее наносятся коэффициенты регрессии пациента, а точка их пересечения попадает в область соответствующего класса. Получить же саму регрессию сегодня несложно — помогут стандартные статистические компьютерные программы. Кроме того, в ряде приборов для суточного мониторирования АД, например в российском BPlab или белорусском «Кардиан», функция выполнения регрессий заложена в программу анализа. Жаль, такая великолепная возможность на практике не используется.

— Вот посмотрите, это номограмма — результат работы алгоритма Data Mining, — Раиса Валентиновна показывает мне графическую схему, расположенную в системе координат. — Когда данные измерений АД, обработанные компьютерной программой, т. е. коэффициенты регрессии, выстраиваются на графике, то сразу становится понятно, какой тип организации кровообращения у человека. Действительно, давно известно, что гипертензия гемодинамически неоднородна: у одних она в большей степени обеспечивается усиленной функцией сердца, у других — высоким сосудистым сопротивлением. 

Но мы в своей классификации рассчитали эти взаимосвязи статистически и предложили легко читаемую графику, на которой с помощью Data Mining получены разделительные линии между классами кровообращения. Видите, у этого пациента здоровое сердце, но его «периферическое сердце», в первую очередь сосуды, не помогают кровотоку, как должно быть. Врач, располагающий только значениями АД, не может этого увидеть. 

Порой при лечении гипертензии мы добиваемся целевых значений АД, но по параметрам КАСПАД видно, что у больного чрезмерно низкое давление в беспульсовой области кровотока, сердце увеличено, перспективы — прогрессирование гипертензии, ИБС, энцефалопатии… Обратите внимание, вот второй пациент с АГ. У него, несмотря на вполне «терпимые» показатели АД на фоне лечения, гемодинамика остается «истинно гипертонической» — следует опасаться острых сосудистых катастроф… 

А вот еще один человек с нормальным АД, он попал в класс квазигипертензии — открытый нами новый класс гемодинамики, куда относятся и некоторые «начальные» гипертоники, и люди, у которых традиционными средствами диагностики гипертензия еще не выявляется, но они, по нашим данным, на пути к ней. Таких пациентов, как и людей с дисфункциональными классами при нормальном АД, не говоря уже о гипертониках, надо брать на учет, наблюдать и проводить профилактику или лечение. 

Конечно, совместная разработка ученых, медиков и физиков, положившая начало интересному направлению функциональной диагностики сердечно-сосудистой системы, пока не может дать ответы на многие вопросы. Исследования нужно продолжать. 

Они запланированы, причем именно как прикладные. в перспективе — поиск путей влияния на патологическое кровообращение у здоровых людей и индивидуализация терапии у кардиологических пациентов с учетом особенностей их гемодинамики. 

Прежде чем КАСПАД возьмут на вооружение врачи, ученые, разработчики и производители приборов для измерения АД и автоматизированных систем сердечно-сосудистого мониторинга, он должен пройти клиническую апробацию, получить утвержденную Минздравом инструкцию по применению. Но широкое наступление информтехнологий не позволяет усомниться: за подобными подходами к диагностике, особенно в профилактической медицине, — будущее.

Дмитрий Патыко
Фото: Евгений Креч
Медицинский вестник, 31 марта 2016