Annals of the Russian academy of medical sciencesAnnals of the Russian academy of medical sciencesВестник Российской академии медицинских наук0869-60472414-3545"Paediatrician" Publishers LLC213610.15690/vramn2136NEUROLOGY AND NEUROSURGERY: CURRENT ISSUESАКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ НЕВРОЛОГИИ И НЕЙРОХИРУРГИИResearch ArticleClinical Significance of the Characteristics of Microembolic Signals Recorded in the Recovery Period of Ischemic Stroke, a Cross-Sectional Observational StudyКлиническая значимость характеристик микроэмболических сигналов, регистрируемых в восстановительном периоде ишемического инсульта, поперечное обсервационное исследованиеhttps://orcid.org/0000-0002-4755-75653695-9148OrlovaEkaterina V.ОрловаЕкатерина Владимировна
Russian Federation

MD, PhD

к.м.н.

ekaterina.shlyk@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5387-43673681-6911BerdalinAlexandr B.БердалинАлександр Берикович
Russian Federation

MD, PhD

к.м.н.

alex_berdalin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9690-83251066-9840LelyukVladimir G.ЛелюкВладимир Геннадьевич
Russian Federation

MD, PhD, Professor

д.м.н., профессор

vglelyuk@fccps.ruFederal Сenter of Brain Research and NeurotechnologiesФедеральный центр мозга и нейротехнологий25122022040220237763984073006202209122022Copyright ©; 2023, "Paediatrician" Publishers LLCCopyright ©; 2023, Издательство "Педиатръ"2023"Paediatrician" Publishers LLCИздательство "Педиатръ"https://vestnikramn.spr-journal.ru/jour/about/submissionshttps://vestnikramn.spr-journal.ru/jour/article/view/2136

Background. Microembols detected during transcranial Doppler monitoring with microembolodetection (TCDM with MED) are different in nature and, accordingly, in structure, as well as in size and consequences of their impact on the cerebral vessels. The following biophysical characteristics of microembolic signals (MES) can be assessed during TCDM with MED: frequency, which indirectly reflects the structure of the microembolus, duration, which indirectly reflects the size of the microembolus, and power, which is an integral characteristic. The issues of the relationship between characteristics of MES and clinical indicators have been little studied according to literature.

Aims — study of the biophysical characteristics of microembolic signals recorded in patients with ischemic stroke, as well as the factors affecting these characteristics, the clinical and prognostic significance of microembolism.

Methods. This is a cross-sectional observational study that is part of a prospective cohort study. Data on 28 patients in the recovery period of ischemic stroke are included, in whom the biophysical characteristics of MES were analyzed (the total number of cases in the cohort study was 1600), and who underwent: duplex scanning of the brachiocephalic arteries, transcranial duplex scanning, TCDM with MED, transthoracic echocardiography, magnetic-resonance tomography of the brain, electrocardiography. Study enrollment was carried out in the period from 2019 to 2021. The MES characteristics included frequency, duration, power, energy index (the product of power and duration), of which the MES power was the main one.

Results. MES characteristics correlated with anthropometric parameters: average duration - with the patient’s age (r = 0.421; p = 0.029); average frequency — with body surface area (r = 0.624; p = 0.010). The average power, duration and energy index of MES were significantly higher in persons with intraluminal masses in the carotid arteries (p < 0.05). Correlations of biophysical characteristics of MES with blood flow velocities in brain vessels (inverse correlation between the duration of the MES and the value of the peak systolic velocity in the M2 segment of the right MCA r = –0.529, p = 0.02; correlations between the power of MES, as well as the duration of MES with peak systolic and end-diastolic velocities in the V4 segment of the right VA r = 0.481–0.572, p = 0.027–0.007), as well as with signs of atrophy of the temporal and occipital lobes of the brain were identified (inverse correlation between MES frequency and regional atrophy in the right temporal lobe r = –0.434, p = 0.038; inverse correlation between MES frequency and regional atrophy in the left temporal lobe r = –0.422, p = 0.045; inverse correlation between MES frequency and regional atrophy in the left occipital lobe r = –0.465, p = 0.025). Significant differences were found in the number of MES and their average power, duration, energy index in the presence and absence of atrial fibrillation (p < 0.05).

Conclusions. Age and, apparently, weight, as well as signs of atherosclerosis of the brachiocephalic arteries, influence the development of microembolism. In the presence of atrial fibrillation, material microembolism is observed predominantly, and the number of MES and their characteristics which reflect the size of microemboli are significantly higher. The relationship between the duration of MES and the characteristics reflecting the blood supply in the basin of the middle cerebral artery, as well as between the frequency of MES and the presence of regional atrophy in the temporal and occipital lobes of the brain according to magnetic resonance imaging was revealed.

Обоснование. Микроэмболы, регистрируемые при транскраниальном допплеровском мониторировании с микроэмболодетекцией (ТКДМ с МЭД), различны по своей природе и, соответственно, по структуре, а также по размерам и последствиям их воздействия на церебральное сосудистое русло. При проведении ТКДМ с МЭД можно оценить следующие биофизические характеристики микроэмболических сигналов (МЭС): частоту, которая косвенно отражает структуру микроэмбола, длительность, косвенно отражающую размер микроэмбола, а также мощность, являющуюся интегральной характеристикой. Вопросы взаимосвязи характеристик МЭС с клиническими показателями в литературе изучены мало.

Цель исследования — изучение биофизических характеристик МЭС, регистрируемых у пациентов, перенесших ишемический инсульт, а также факторов, влияющих на эти характеристики, клинической и прогностической значимости микроэмболии.

Методы. Проведенное поперечное обсервационное исследование является частью проспективного когортного. Включены сведения о 28 больных в восстановительном периоде ишемического инсульта, у которых проанализированы биофизические характеристики МЭС (общее количество случаев в рамках когортного исследования — 1600) и которым были проведены дуплексное сканирование брахиоцефальных артерий, транскраниальное дуплексное сканирование, ТКДМ с МЭД, трансторакальная эхокардиография, магнитно-резонансная томография головного мозга, электрокардиография. Набор в исследование проводили в период с 2019 по 2021 г. К характеристикам МЭС относили частоту, длительность, мощность, энергетический индекс (произведение мощности и длительности), из которых основной была мощность.

Результаты. Характеристики МЭС коррелировали с антропометрическими параметрами: средняя продолжительность — с возрастом пациента (r = 0,421; р = 0,029); средняя частота — с площадью поверхности тела (r = 0,624; р = 0,010). Средние мощность, продолжительность и энергетический индекс МЭС оказались достоверно больше у лиц с внутрипросветными образованиями в сонных артериях (p < 0,05). Выявлены корреляции биофизических характеристик МЭС со скоростями кровотока в сосудах мозга (обратная корреляция между продолжительностью МЭС и значением пиковой систолической скорости в М2-сегменте правой СМА r = –0,529; p = 0,02; корреляции между мощностью МЭС, а также длительностью МЭС с пиковой систолической и конечной диастолической скоростями в V4-сегменте правой ПА r = 0,481–0,572; р = 0,027–0,007), а также с признаками атрофии височных и затылочных долей головного мозга (обратная корреляция между частотой МЭС и региональной атрофией в височной доле справа r = –0,434; р = 0,038; обратная корреляция между частотой МЭС и региональной атрофией в височной доле слева r = –0,422; p = 0,045; обратная корреляция между частотой МЭС и региональной атрофией в затылочной доле слева r = –0,465; p = 0,025). Обнаружены достоверные различия количества МЭС и их средней мощности, продолжительности, энергетического индекса при наличии и отсутствии фибрилляции предсердий (p < 0,05).

Заключение. Возраст и, по-видимому, вес, а также атеросклероз брахиоцефальных артерий оказывают влияние на развитие микроэмболии. При наличии фибрилляции предсердий наблюдается преимущественно материальная микроэмболия, а количество МЭС и их характеристики, отражающие размер микроэмболов, оказываются достоверно выше. Выявлена взаимосвязь длительности МЭС с характеристиками, отражающими кровоснабжение в бассейне средней мозговой артерии, а также частоты МЭС и наличия региональной атрофии в височной и затылочной долях головного мозга по данным магнитно-резонансной томографии.

ischemic strokeembolismatherosclerosisatrial fibrillationишемический инсультэмболияатеросклерозфибрилляция предсердийПравительство Российской ФедерацииGovernment of the Russian FederationГосударственное задание № 388-00083-22-00, регистрационный номер НИР 122022100113-7King A, Markus HS. Doppler embolic signals in cerebrovascular disease and prediction of stroke risk: a systematic review and meta-analysis. Stroke. 2009;40(12):3711–3717. doi: https://doi.org/10.1161/STROKEAHA.109.563056Ritter MA, Dittrich R, Thoenissen N, et al. Prevalence and prognostic impact of microembolic signals in arterial sources of embolism. A systematic review of the literature. J Neurol. 2008;255(7):953–961. doi: https://doi.org/10.1007/s00415-008-0638-8Адаскин А.В. Программно-алгоритмическое обеспечение измерительно-вычислительного комплекса для исследования потоков жидкости с инородными включениями на примере комплекса медицинского назначения: автореф. дис. … канд. техн. наук. — М., 2008. [Adaskin AV. Programmno-algoritmicheskoe obespechenie izmeritel`no-vy`chislitel`nogo kompleksa dlya issledovaniya potokov zhidkosti s inorodny`mi vklyucheniyami na primere kompleksa medicinskogo naznacheniya: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk. Moscow; 2008. (In Russ.)]Cкворцова В.И., Чазова И.Е., Стаховская Л.В. Вторичная профилактика инсульта. — М.: ПАГРИ, 2002. — 120 с. [Skvorczova VI, Chazova IE, Staxovskaya LV. Vtorichnaya profilaktika insul’ta. Moscow: PAGRI; 2002. 120 s. (In Russ.)]Yan J, Li Z, Wills M, et al. Intracranial microembolic signals might be a potential risk factor for cognitive impairment. Neurol Res. 2021;43(11):867–873. doi: https://doi.org/10.1080/01616412.2021.1939488Das AS, Regenhardt RW, LaRose S, et al. Microembolic Signals Detected by Transcranial Doppler Predict Future Stroke and Poor Outcomes. J Neuroimaging. 2020;30(6):882–889. doi: https://doi.org/10.1111/jon.12749Moustafa RR, Izquierdo-Garcia D, Fryer TD, et al. Carotid plaque inflammation is associated with cerebral microembolism in patients with recent transient ischemic attack or stroke: a pilot study. Circ Cardiovasc Imaging. 2010;3(5):536–541. doi: https://doi.org/10.1161/CIRCIMAGING.110.938225Van Lammeren GW, Van De Mortel RH, Visscher M, et al. Spontaneous preoperative microembolic signals detected with transcranial Doppler are associated with vulnerable carotid plaque characteristics. J Cardiovasc Surg (Torino). 2014;55(3):375–380.Liberman AL, Zandieh A, Loomis C, et al. Symptomatic Carotid Occlusion Is Frequently Associated With Microembolization. Stroke. 2017;48(2):394–399. doi: https://doi.org/10.1161/STROKEAHA.116.015375Choi Y, Saqqur M, Stewart E, et al. Relative energy index of microembolic signal can predict malignant microemboli. Stroke. 2010;41(4):700–706. doi: https://doi.org/10.1161/STROKEAHA.109.573733Mitchell CC, Wilbrand SM, Kundu B, et al. Transcranial Doppler and Microemboli Detection: Relationships to Symptomatic Status and Histopathology Findings. Ultrasound Med Biol. 2017;43(9):1861–1867. doi: https://doi.org/10.1016/j.ultrasmedbio.2017.04.025Darke S, Duflou J, Kaye S, et al. Body mass index and fatal stroke in young adults: A national study. J Forensic Leg Med. 2019;63:1–6. doi: https://doi.org/10.1016/j.jflm.2019.02.003Воронин Д.В. Динамика газового пузырька при его взаимодействии с волнами сжатия и разрежения // Прикладная механика и техническая физика. — 2005. — Т. 46. — № 5. — С. 76–85. [Voronin DV. Dinamika gazovogo puzy’r’ka pri ego vzaimodejstvii s volnami szhatiya i razrezheniya. Prikladnaya mexanika i texnicheskaya fizika. 2005;46(5):76–85. (In Russ.)]Крылов А.Б. Поверхностное натяжение и связанные с ним явления: учебно-метод. пособие. — Минск: БГМУ, 2008. — 32 с. [Kry’lov AB. Poverxnostnoe natyazhenie i svyazanny`e s nim yavleniya: ucheb-metod. posobie. Minsk: BGMU; 2008. 32 s. (In Russ.)]Healey JS, Amit G, Field TS. Atrial fibrillation and stroke: how much atrial fibrillation is enough to cause a stroke? Curr Opin Neurol. 2020;33(1):17–23. doi: https://doi.org/10.1097/WCO.0000000000000780Maida CD, Norrito RL, Daidone M, et al. Neuroinflammatory Mechanisms in Ischemic Stroke: Focus on Cardioembolic Stroke, Background, and Therapeutic Approaches. Int J Mol Sci. 2020;21(18):6454. doi: https://doi.org/10.3390/ijms21186454Pistoia F, Sacco S, Tiseo C, et al. The Epidemiology of Atrial Fibrillation and Stroke. Cardiol Clin. 2016;34(2):255–268. doi: https://doi.org/10.1016/j.ccl.2015.12.002Chrzanowski DD. Managing atrial fibrillation to prevent its major complication: ischemic stroke. Nurse Pract. 1998;23(5):26–42.Migdady I, Russman A, Buletko AB. Atrial Fibrillation and Ischemic Stroke: A Clinical Review. Semin Neurol. 2021;41(4):348–364. doi: https://doi.org/10.1055/s-0041-1726332Boursier-Bossy V, Zuber M, Emmerich J. Ischemic stroke and non-valvular atrial fibrillation: When to introduce anticoagulant therapy? J Med Vasc. 2020;45(2):72–80. doi: https://doi.org/10.1016/j.jdmv.2020.01.153Скворцова В.И., Кольцова Е.А., Кимельфельд Е.И. Сравнительный анализ факторов риска и патогенетических вариантов ишемического инсульта в молодом и пожилом возрасте // Человек и его здоровье. — 2012. — № 3. — С. 81–87. [Skvortsova VI, Koltsova EA, Kimelfeld EI. Comparative Analysis of Risk Factors and Pathogenetic Types of Ischemic Stroke in Young and Old Patients. Humans and Their Health. 2012;3:81–87. (In Russ.)]