Almanac of Clinical MedicineAlmanac of Clinical MedicineАльманах клинической медицины2072-05052587-9294Moscow Regional Research and Clinical Institute (MONIKI)1733510.18786/2072-0505-2024-52-028ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleAn association between the blood perfusion parameters in foot tissues and the severity of arterial occlusion and stenosis in the lower extremitiesАссоциация между показателями перфузии крови в тканях стопы и степенью выраженности окклюзионно-стенотического поражения артерий нижних конечностейhttps://orcid.org/0000-0003-4146-930X5110-9535KrasulinaKsenia A.КрасулинаКсения Андреевна
Russian Federation

MD, Endocrinologist, Junior Research Fellow, Laboratory of Medical and Physical Research

врач-эндокринолог, мл. науч. сотр. лаборатории медико-физических исследований

krasulinaka@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8830-75036043-5943GlazkovaPolina A.ГлазковаПолина Александровна
Russian Federation

MD, PhD, Endocrinologist, Senior Research Fellow, Laboratory of Medical and Physical Research

канд. мед. наук, врач-эндокринолог, ст. науч. сотр. лаборатории медико-физических исследований

polinikul@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6122-06383250-1882GlazkovAlexey A.ГлазковАлексей Андреевич
Russian Federation

MD, PhD, Senior Research Fellow, Laboratory of Medical and Physical Research

канд. мед. наук, ст. науч. сотр. лаборатории медико-физических исследований

aaglazkov@bk.ruhttps://orcid.org/0009-0006-0303-19045362-7218SelivanovaDarya S.СеливановаДарья Сергеевна
Russian Federation

Laboratory Technician, Laboratory of Medical and Physical Research

ст. лаборант лаборатории медико-физических исследований

selivanova@medphyslab.comhttps://orcid.org/0000-0002-9917-76529890-1876ZagarovSergei S.ЗагаровСергей Сергеевич
Russian Federation

MD, PhD, Cardiovascular Surgeon, Research Fellow, Associate Professor, Chair of Cardiovascular Surgery, Postgraduate Training Faculty

канд. мед. наук, врач сердечно-сосудистый хирург, науч. сотр., доцент кафедры сердечно-сосудистой хирургии факультета усовершенствования врачей

szagarov@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0007-9209-5471VataevAkhmed V.ВатаевАхмед Вахаевич
Russian Federation

MD, Cardiovascular Surgeon, Department of Cardiovascular Surgery

врач сердечно-сосудистый хирург отделения хирургии сосудов и ИБС

Ahmed.vataev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2778-46992299-8844LarkovRoman N.ЛарьковРоман Николаевич
Russian Federation

MD, PhD, Professor, Head of the Chair Cardiovascular Surgery, Postgraduate Training Faculty; Head of the Department of Cardiovascular Surgery

д-р мед. наук, профессор, зав. кафедрой сердечно-сосудистой хирургии факультета усовершенствования врачей, руководитель отделения хирургии сосудов и ИБС

romanlar@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7755-308X9130-8111RogatkinDmitry A.РогаткинДмитрий Алексеевич
Russian Federation

Doctor of Engineering, Head of Laboratory of Medical and Physical Research

д-р техн. наук, зав. лабораторией медико-физических исследований

Rogatkin@medphyslab.comMoscow Regional Research and Clinical Institute (MONIKI)ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»09112024161120245252692792808202416102024Copyright ©; 2024, Krasulina K.A., Glazkova P.A., Glazkov A.A., Selivanova D.S., Zagarov S.S., Vataev A.V., Larkov R.N., Rogatkin D.A.Copyright ©; 2024, Красулина К.А., Глазкова П.А., Глазков А.А., Селиванова Д.С., Загаров С.С., Ватаев А.В., Ларьков Р.Н., Рогаткин Д.А.2024Krasulina K.A., Glazkova P.A., Glazkov A.A., Selivanova D.S., Zagarov S.S., Vataev A.V., Larkov R.N., Rogatkin D.A.Красулина К.А., Глазкова П.А., Глазков А.А., Селиванова Д.С., Загаров С.С., Ватаев А.В., Ларьков Р.Н., Рогаткин Д.А.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://almclinmed.ru/jour/article/view/17335

Rationale: Peripheral artery disease (PAD) is common among the elderly and increases the risk of cardiovascular events, disability and death. PAD course and outcomes depend not only on the condition of macrovasculature but also on the tissue perfusion. We have previously shown that Type 2 diabetic patients with lower extremity ischemia have significantly lower perfusion than healthy volunteers, and the ratio of basal perfusion in the arm and leg (BP1/BP3) measured by incoherent optical fluctuation flowmetry (IOFF) allows to identify hemodynamically significant stenoses.

Aim: To analyze associations between perfusion parameters registered by IOFF and the severity of vascular involvement in PAD patients.

Methods: This single center cross-sectional study included 38 PAD patients admitted to the Department of Vascular Surgery and Coronary Artery Disease. The arteries were assessed with duplex Doppler ultrasonography (DDU), according to the results of which the PAD severity score and ankle-brachial index (ABI) were calculated. Skin microhemodynamic parameters were recorded by IOFF. The basal perfusion on the arm (BP1), the dorsal foot surface and the toe (BP2 and BP3), the ratio BP1/BP3, local thermal hyperemia (LTH2 and LTH3) and an increase in perfusion after heating on two leg zones (LTH2-BP2, LTH3-BP3) were evaluated and expressed in perfusion units (PU). BP1, BP3, and BP1/BP3 values were additionally measured with laser Doppler flowmetry (LDF). The analysis was performed depending on the degree of arterial involvement determined by DDU for each limb separately (n = 73). There were ≥ 50% stenoses in 15 extremities (Group 1), occlusion of one of the major arteries in 42 (Group 2) and ≥ 2 occlusions in 16 lower extremities (Group 3).

Results: In the groups 1, 2 and 3, the values of most parameters estimated by IOFF decreased with an increase in severity of limb lesions. As an example, the respective perfusion parameters for the big toe in the study groups were as follows: BP3 4.0 [2.0; 9.8], 2.2 [0.9; 3.7] and 1.1 [0.7; 2.6] PU (p = 0.007); LTH3 10.0 [6.4; 14.9], 5.0 [1.5; 7.8] and 2.5 [1.4; 4.5] PU (p < 0.001), and LTH3-BP3 3.8 [2.6; 7.8], 2.4 [0.6; 4.3] and 1.2 [0.4; 1.5] PU (p = 0.001). The BP1/BP3 ratio in the above mentioned group increased: 1.8 [0.8; 7.7], 7.2 [3.4; 21.3] and 14.2 [6.6; 18.3] (p = 0.004), respectively. No similar trend was found for this parameter registered by LDF. There were significant correlations between the lower extremities perfusion parameters measured by IOFF and ABI, with the correlation coefficients ranging from 0.365 to 0.717 (p < 0.05).

Conclusion: The functional parameters of the skin microhemodynamics vary with different PAD severity. In addition, they correlate with clinical indicators of atherosclerosis. The IOFF technique can be promising as an additional quantitative method for assessment of microvascular blood flow in patients with PAD.

Обоснование. Заболевания артерий нижних конечностей (ЗАНК) – распространенная патология среди людей пожилого возраста, увеличивающая риск сердечно-сосудистых событий, инвалидизации и смерти. Течение и исходы ЗАНК зависят не только от состояния крупных сосудов, но и от перфузии тканей. Ранее нами показано, что у больных сахарным диабетом 2-го типа с ишемией нижних конечностей перфузия значимо ниже, чем у здоровых добровольцев, а соотношение уровней базовой перфузии на руке и ноге (БП1/БП3), измеренной методом некогерентной оптической флуктуационной флоуметрии (НОФФ), позволяет обнаруживать гемодинамически значимые стенозы.

Цель – анализ ассоциаций между показателями перфузии, регистрируемыми методом НОФФ, и тяжестью поражения сосудов у пациентов с ЗАНК.

Материал и методы. В одноцентровое поперечное исследование включили 38 пациентов с ЗАНК, госпитализированных в отделение хирургии сосудов и ИБС. Состояние артерий оценивали с помощью ультразвукового допплеровского сканирования (УЗДС), по результатам которого рассчитывали балл выраженности ЗАНК и лодыжечно-плечевой индекс (ЛПИ). Параметры микрогемодинамики кожи регистрировали посредством НОФФ. Оценивали базовую перфузию на руке (БП1), тыльной стороне и большом пальце стопы (БП2 и БП3), соотношение БП1/БП3, локальную тепловую гиперемию (ЛТГ2 и ЛТГ3) и прирост перфузии после нагрева на двух зонах ноги (ЛТГ2-БП2, ЛТГ3-БП3), выраженные в перфузионных единицах (ПЕ). Дополнительно показатели БП1, БП3, БП1/БП3 измеряли методом лазерной доплеровской флоуметрии (ЛДФ). Анализ проводили в зависимости от степени поражения артерий, определенной по УЗДС, отдельно по каждой конечности (n = 73). На 15 конечностях диагностирован гемодинамически значимый стеноз (группа 1), на 42 – наличие окклюзии в одной из магистральных артерий (группа 2), на 16 – наличие 2 и более окклюзий в магистральных артериях (группа 3).

Результаты. В группах 1, 2 и 3 большинство параметров, оцененных методом НОФФ, снижалось по мере увеличения тяжести поражения конечностей. На примере показателей перфузии, зарегистрированных на большом пальце, БП3 составила в группах исследования соответственно 4,0 [2,0; 9,8], 2,2 [0,9; 3,7] и 1,1 [0,7; 2,6] ПЕ (p = 0,007), ЛТГ3 – 10,0 [6,4; 14,9], 5,0 [1,5; 7,8] и 2,5 [1,4; 4,5] ПЕ (p < 0,001), ЛТГ3-БП3 – 3,8 [2,6; 7,8], 2,4 [0,6; 4,3] и 1,2 [0,4; 1,5] ПЕ (p = 0,001). Соотношение БП1/БП3 повышалось и оказалось равным в вышеуказанных группах 1,8 [0,8; 7,7], 7,2 [3,4; 21,3] и 14,2 [6,6; 18,3] соответственно (p = 0,004). Для этого показателя, зарегистрированного с помощью ЛДФ, подобной тенденции отмечено не было. Выявлены значимые корреляции между показателями перфузии, измеренными методом НОФФ, на нижних конечностях и ЛПИ (коэффициенты корреляции принимали значения от 0,365 до 0,717; p < 0,05).

Заключение. Функциональные параметры кожной микрогемодинамики изменяются в зависимости от тяжести ЗАНК. Кроме того, они коррелируют с клиническими показателями атеросклероза. Метод НОФФ имеет перспективы для использования в качестве дополнительного количественного метода оценки состояния микрососудистого кровотока у пациентов с ЗАНК.

peripheral artery diseaseskinmicrocirculationincoherent optical fluctuation flowmetryзаболевания артерий нижних конечностейкожная микроциркуляциянекогерентная оптическая флуктуационная флоуметрияAday AW, Matsushita K. Epidemiology of peripheral artery disease and polyvascular disease. Circ Res. 2021;128(12):1818–1832. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.121.318535.Frank U, Nikol S, Belch J, Boc V, Brodmann M, Carpentier PH, Chraim A, Canning C, Dimakakos E, Gottsäter A, Heiss C, Mazzolai L, Madaric J, Olinic DM, Pécsvárady Z, Poredoš P, Quéré I, Roztocil K, Stanek A, Vasic D, Visonà A, Wautrecht J-C, Bulvas M, Colgan M-P, Dorigo W, Houston G, Kahan T, Lawall H, Lindstedt I, Mahe G, Martini R, Pernod G, Przywara S, Righini M, Schlager O, Terlecki P. ESVM Guideline on peripheral arterial disease. Vasa. 2019;48(Suppl 102):1–79. doi: 10.1024/0301-1526/a000834.Shabani Varaki E, Gargiulo GD, Penkala S, Breen PP. Peripheral vascular disease assessment in the lower limb: a review of current and emerging non-invasive diagnostic methods. Biomed Eng Online. 2018;17(1):61. doi: 10.1186/s12938-018-0494-4.Ding A, Joshi J, Tiwana E. Patient safety in radiology and medical imaging. In: Agrawal A, Bhatt J. Patient safety. A Case-based innovative playbook for safer care. 2nd edition. Springer; 2023. p. 261–277.Forsythe RO, Apelqvist J, Boyko EJ, Fitridge R, Hong JP, Katsanos K, Mills JL, Nikol S, Reekers J, Venermo M, Zierler RE, Schaper NC, Hinchliffe RJ. Effectiveness of bedside investigations to diagnose peripheral artery disease among people with diabetes mellitus: A systematic review. Diabetes Metab Res Rev. 2020;36 Suppl 1:e3277. doi: 10.1002/dmrr.3277.Tehan PE, Bray A, Chuter VH. Non-invasive vascular assessment in the foot with diabetes: sensitivity and specificity of the ankle brachial index, toe brachial index and continuous wave Doppler for detecting peripheral arterial disease. J Diabetes Complications. 2016;30(1):155–160. doi: 10.1016/j.jdiacomp.2015.07.019.Duff S, Mafilios MS, Bhounsule P, Hasegawa JT. The burden of critical limb ischemia: A review of recent literature. Vasc Health Risk Manag. 2019;15:187–208. doi: 10.2147/VHRM.S209241Glazkov AA, Glazkova PA, Kovaleva YA, Babenko AY, Kononova YA, Kitaeva EA, Kulikov DA, Lapitan DG, Rogatkin DA. [The ratio of perfusion in the skin of the fingers and toes of the upper and lower extremities in patients with type 2 diabetes mellitus]. Human Physiology. 2022;48(6):119–128. Russian. doi: 10.31857/S0131164622700114.Глазков АА, Глазкова ПА, Ковалева ЮА, Бабенко АЮ, Кононова ЮА, Китаева ЕА, Куликов ДА, Лапитан ДГ, Рогаткин ДА. Соотношение перфузии в коже пальцев верхних и нижних конечностей у пациентов с сахарным диабетом 2 типа. Физиология человека. 2022;48(6):119–128. doi: 10.31857/S0131164622700114.Curry SJ, Krist AH, Owens DK, Barry MJ, Caughey AB, Davidson KW, Doubeni CA, Epling JW, Kemper AR, Kubik M, Landefeld CS, Mangione CM, Silverstein M, Simon MA, Tseng CW, Wong JB. Screening for peripheral artery disease and cardiovascular disease risk assessment with the ankle-brachial index: US Preventive Services Task Force Recommendation Statement. JAMA. 2018;320(2):177–183. doi: 10.1001/jama.2018.8357.Glazkova PA, Babenko AY, Kononova YA, Glazkov AA, Zagarov SS, Kovaleva YA, Lar’kov RN, Britvin TA, Mazur NN, Kulikov DA, Rogatkin DA. [Scale for scoring the severity of functional impairment of the cardiovascular system in patients with diabetes mellitus]. Bulletin of Pirogov National Medical & Surgical Center. 2021;16(3):18–24. Russian. doi: 10.25881/20728255_2021_16_3_18.Глазкова ПА, Бабенко АЮ, Кононова ЮА, Глазков АА, Загаров СС, Ковалева ЮА, Ларьков РН, Бритвин ТА, Мазур НН, Куликов ДА, Рогаткин ДА. Балльная оценка тяжести функционального поражения сердечно-сосудистой системы у пациентов с сахарным диабетом. Вестник НМХЦ им. Н.И. Пирогова. 2021;16(3):18–24. doi: 10.25881/20728255_2021_16_3_18.Lapitan D, Rogatkin D. Optical incoherent technique for noninvasive assessment of blood flow in tissues: Theoretical model and experimental study. J Biophotonics. 2021;14(5):e202000459. doi: 10.1002/jbio.202000459.Lapitan DG, Raznitsyn OA. A Method and a device prototype for noninvasive measurements of blood perfusion in a tissue. Instruments Exp Techn. 2018;61(5):745–750. doi: 10.1134/S0020441218050093.Glazkova P, Glazkov A, Kulikov D, Lapitan D, Zagarov S, Larkov R, Babenko A, Kononova Y, Kovaleva Y, Kitaeva E, Mazur N, Britvin T, Rogatkin D. Incoherent optical fluctuation flowmetry for detecting limbs with hemodynamically significant stenoses in patients with type 2 diabetes. Endocrine. 2023;82(3):550–559. doi: 10.1007/s12020-023-03506-4.Wung CH, Wang YH, Lee YC, Chang CW, Wu PY, Huang JC, Tsai YC, Chen SC, Chang JM, Hwang SJ. Association between flow-mediated dilation and skin perfusion pressure with peripheral artery disease in hemodialysis patients. J Pers Med. 2021;11(12):1251. doi: 10.3390/jpm11121251.Ma KF, Kleiss SF, Schuurmann RCL, Nijboer TS, El Moumni M, Bokkers RPH, de Vries JPPM. Laser Doppler flowmetry combined with spectroscopy to determine peripheral tissue perfusion and oxygen saturation: A pilot study in healthy volunteers and patients with peripheral arterial disease. J Pers Med. 2022;12(6):853. doi: 10.3390/jpm12060853.Hodges GJ, Nawaz S, Tew GA. Evidence that reduced nitric oxide signal contributes to cutaneous microvascular dysfunction in peripheral arterial disease. Clin Hemorheol Microcirc. 2015;59(1):83–95. doi: 10.3233/CH-141838.Zettervall SL, Marshall AP, Fleser P, Guzman RJ. Association of arterial calcification with chronic limb ischemia in patients with peripheral artery disease. J Vasc Surg. 2018;67(2):507–513. doi: 10.1016/j.jvs.2017.06.086.Anderson JD, Epstein FH, Meyer CH, Hagspiel KD, Wang H, Berr SS, Harthun NL, Weltman A, DiMaria JM, West AM, Kramer CM. Multifactorial determinants of functional capacity in peripheral arterial disease: uncoupling of calf muscle perfusion and metabolism.J Am Coll Cardiol. 2009;54(7):628–635. doi: 10.1016/j.jacc.2009.01.080.Ishii T, Takabe S, Yanagawa Y, Ohshima Y, Kagawa Y, Shibata A, Oyama K. Laser Doppler blood flowmeter as a useful instrument for the early detection of lower extremity peripheral arterial disease in hemodialysis patients: An observational study. BMC Nephrol. 2019;20(1):470. doi: 10.1186/s12882-019-1653-y.Krupatkin AI, Sidorov VV. Functional diagnostics of the state of microcirculatory and tissue systems: fluctuations, information, nonlinearity: A guide for doctors. Moscow: Librokom; 2013. 496 p. Russian.Крупаткин АИ, Сидоров ВВ. Функциональная диагностика состояния микроциркуляторно-тканевых систем: колебания, информация, нелинейность: руководство для врачей. М.: Либроком; 2013. 496 с.Maiti R, Duan M, Danby SG, Lewis R, Matcher SJ, Carré MJ. Morphological parametric mapping of 21 skin sites throughout the body using optical coherence tomography. J Mech Behav Biomed Mater. 2020;102:103501. doi: 10.1016/j.jmbbm.2019.103501.Kannel WB, McGee DL. Update on some epidemiologic features of intermittent claudication: The Framingham study. J Am Geriatr Soc. 1985;33(1):13–18. doi: 10.1111/j.1532-5415.1985.tb02853.x.Meijer WT, Grobbee DE, Hunink MGM, Hofman A, Hoes AW. Determinants of peripheral arterial disease in the elderly: The Rotterdam study. Arch Intern Med. 2000;160(19):2934–2938. doi: 10.1001/archinte.160.19.2934.