CC BY
12
УДК 621.317.3:616.71:616.089.07
Динамжа параметр!в тричастотно1
-И"» •• ••• •••
ою1мпедансометри пащентш пщ час гемод!ал1зно1 ультрафшьтраци
Шарпа н О. Б.\ Мостчук В. С.1, Архипська М. О.1, Ткачу к Б. В.2'3, Томашевськии Р. С.2
1Нацшнальний техшчний ушверситет Украши "Кшвський пол!техшчний ¡еститут ¡мен! Ггоря С!корського" 2Нацшнальний техшчний ушверситет "Харшвський нол!техшчний ¡еститут" 3 Харшвський обласний клшчний центр урологи i нефрологи ¡м. В. I. Шаповала
E-mail: в harpan&tor. kpi.ua
Представлено результати експеримепталыгого досл1джеппя характерпих вар1апт1в дипамши параме-тр!в електричпого бю!мпедапсу (модуля, фазового кута, активно! i реактивно! складових) пац1епт1в. залежпо в!д об'ему ультрафгльтрату. видалепого в процео гемод1ал1зу, вим1ряпих па трьох частотах 20 кГц. 100 кГц. 500 кГц. Встаповлепо. що шд час ультрафгльтрацГ! характерпим е складпий пель шйпий характер змши параметр!в 1мпедапсу. шдшмдуальпий для кожного пац!епта. Виражешсть ц!е! пелншшоста збглынуеться з! зросташ1ям частоти. пайбглын виразпою вопа спостер!гаеться па бглын високих частотах 100 кГц i 500 кГц. Нестацюпарпий коливалышй характер дипамши параметр!в св!дчить про складшсть перех1дпих процеов перерозподглу об'ем!в водпих сектор!в людипи в процео гемод!ал!зу i пов'язапих з! змшами сшвв1дпоше1Ц1я впутр1шпьокл1тишю!. зовшшпьоклиншго! р1днп i кров!, структурного складу рцщпп. Впшрюваппя i сукупппй апал!з параметр!в електричпого 1мпедапсу безпосередпьо в процес! гемод!ал!зу дозволяв об'ективпо коптролювати nepe6ir фупкцюпалыюго стану пац1епта в реальному масштаб! часу з оцшкою паявпост! або в1дсутпост! р!впя "сухо! ваги". Це е шдставою для оперативного корегуваппя процесом ультрафгльтрацп у раз! пеобх1дпост. Гозшнреппя смугп частот вим1рюваппя параметр!в 1мпедапсу поглиблюе д1агпостичш можливост! такого контролю i вчаспо! корекцп nepe6iry ультрафгльтрацп.
Клюноог слова: електричпий бю!мпедапс: бю1мпедапсометр!я: гемод!ал1з: ультраф1льтрац1я
Вступ
Кшьшсть иащятв з хрошчною цирковою не-достатшстю. яш потробують лшування методом програмного гомодоатзу, неухилыго зростае. При цьому. но зважаючи на розвиток обладнання для зам1сно1 нирковсм терат!. у сучасному лшуванш ге-модоатзом кнур проблема об'ективного контролю динахйки водного статусу пащента для визначоння моменту досягноння пещлбного р1вня "сухо! ваги" 1 припинення видалення надлишковсм рвдини з ор-гашзму. Такий контроль надзвичайно важливий. оскшьки як гшеридратащя. так 1 деидратащя мо-жуть супроводжуватися важкими наслщками [1 6].
Ниш в апаратах "штучна нирка" ирисутня час-тково або вщеутня функщя контролю моменту досягноння иащентом р1вня "сухо! ваги". Дана функщя покладаеться на пащента 1 доевщ лжаря та його пильну увагу. Прото. це не с запорукою безпочнем та офоктивнем ироцедури. оскшьки но завжди змши пдратащйного статусу яскраво виражеш клпично. Тому кнур нобезпока або надхпрнсм, або ноповнем деидратащ1. яш мають важки негативш настдки для иацкнта [1,7].
В даний час в ряду шетрумонталышх та ла-бораторних методик, що дозволяють д1агностува-ти стан б1огщратност1 пащента. особливий шторос представляють методики, яш засноваш на аналь з1 шйвазивно вим1ряних параметр1в олектричного бю1мпсдансу [7 14]. Методики б1о1миедансомотр11 дозволяють визначати р1зномаштш водш сектори оргашзму (загалышй об'см та об'сми зовшшньокль ТШШ01 1 внутр1шньокл1тинно1 рщини. масу клтш тощо) 1 1х результати достатньо строго корелю-ють з 1зотопними методиками, визнаними "золотим" стандартом визначоння обсяпв радинних соктор1в тша [11.13]. Над1йшсть. доступшсть 1 нешшдлившть бкямиедансометр11 дозволяють використовувати 11 як у тооретичних 1 оксиеримонталышх досл1джен-нях. так 1 у кл1шчшй медициш.
1 Постановка задач1
Незважаючи на тривалу 1сторпо розвитку бю-1мподансометр11. сучасш вимоги мсдико-б1олопчно1 д1агностики обумовлюють завдання подальшого ви-ршоння ряду МОТОДОЛОПЧНИХ 1 тохшчних питань.
В останш два досятшпття значна увага иридшяе-ться умовам визначення 1 доагностичним можливо-стям но лише активно!, ало й реактивно! складово! опору, яка характеризуй дгслоктричш властивосп бюоб'екту [11 13.15 23]. Розвиваеться наирямок ве-кторно! бкямпедансометрп [1.20 24]. який викори-стовуеться як для оцпповання нутрщшного стану дь атзних пацкнтав 1 досягнення ними потр1бного р1в-ня "сухо! ваги" [1.21.22]. так 1 доагностики функционального стану в шших ситуащях [11.24]. Причому в цьому раз1 традищйно використовусться частота 50 кГц 1 обмежеш вщомосп гцодо доагностичнсм значимоста втпрювань на шших частотах. Нов1 иер-сиективи доагностики надае 1 потребуй подальшого дослщження взаемозв'язок мЬк станом бюоб'екпв 1 фазовим зеувом хйж напругою 1 струмом в них (фазового кута бкямпедансу), який. насамперед. характеризуй стан клтиших мембран 1 дклектричш властивосп бютканин [10,12,14 19,21 23]. Оскшьки доагностичш властивосп електричних характеристик бкюб'екпв проявляються у частотних зале-жностях [9,10,14], важливим с вивчення параметр1в 1миедансу у розширеному доапазош частот (до со-тенькГц 1 одиниць МГц), зокрема на основ1 трича-стотних або багаточастотних вихйрювань [11,17,20]. Це дозволяе оцшити ступшь частотно! дисперсп па-раметр1в бютканин 1 оргашв. Шд час визначення водного статусу иацкнпв, особливо у раз1 гомодоа-«шзнсм ультрафшьтрацп, актуалышм с вщстеження характеру динамши змши водних сектор1в оргаш-зму в реальному масштаб! часу. I, нарент, "ншуе суттсва нестача шформацп щодо практичних аспекте використання бкямпедансометрп для тих, хто защкавлений у вивченш того, як використовувати
1 штериретувати цей метод на практицГ' [24].
Метою дано! стати с дослщження особливо-стей динамши параметр1в (модуля, фазового кута, активно! 1 реактивно! складових) електричного 1м-иедансу тша людини, гцо обумовлена ультрафшь-трацкю в процеа програмного гемод1ал1зу, отрима-них методом тричастотно! 1мпсдансометрп в розши-решй смуз1 частот.
2 Апаратура та методика досль джень
Враховуючи, гцо такий бюлопчний об'ект, як людина, с дуже складним об'сктом з точки зору мо-делювання процейв перерозподшу водних сектор1в оргашзму шд час процедури гемод1ал1зу, визначення параметр1в 1мпедансу виконувалось ексиеримен-тально.
Клпичш дослщження проводились протягом нп-стьох мкящв. В сксперимента приймали участь 29 пащеттв, що проходили процедуру гемод1ал1зу три-ч1 па тиждеиь. Залежио вщ функщонального стану пацкнпв, процедура передбачала ультрафшьтра-
цпо як з1 сталою, так 1 змшною швидкктю р1зного характеру.
Шд час дослщжень застосовано систему програмного гемод1ал1зу людини, в склад1 яко! вико-ристано аиарат "штучна нирка" Ггсбошш Месйса1 Саге 5008Б, який забезпечус реал1защю режиму змши швидкоста процедури ультрафшьтрацп, та апаратно-програмний комплекс мошторингово! бк>-1мисдасометрп ТОР-М-1 [25], адаптований для умов 1 вимог програмного гемод1ал1зу. Комплекс ТОР-М-1 забезпечуе вим1рювання модуля Z 1 фазового кута у 1миедансу дшянок тша людини на частотах 20 кГц, 100 кГц 1 500 кГц з програмним розрахун-ком вшх шших складових 1миедансу (активно! Д, реактивно! X, вектора в координатнш плогциш Д-X) па цих частотах та побудовою графшв розподь лу !х зиачеиь. Нсшвазивне втирювання 1мпедаису ввдносио саг1талыю! площини тша зд1йсшовалп за тетраполярною методикою з використанням пар-них "активних" [25] електрод1в 1з иержав1ючо1 сталь шд'бднаних до тша людини за стандартною методикою (л1ва рука л1ва нога иащента) [11]. В кожшй иар1 струмов1 електроди виконаш в вигляд1 диска д1аметром 15 мм: потенщальн! електроди кшьце з зовшшшм д1аметром 60 мм, яке оточуе струмовий електрод на ввдеташ 4 мм. Одну пару електрод1в накладали на кордош нижньо! та середньо! трети-ни гомшки ноги, другу на кордош нижньо! та середньо! третини передшпччя руки. Р1вень зонду-вального струму не иеревигцував 500 мкА. Трива-л1сть втпрювань ввдиоввдала тривалост1 процедури гемод1ал1зу \ становила но менше, н1ж 3.5-4 год. Вщлш результат1в вим1рювань зд1йсшовався иерь одично через 1 хвилину. Перед кожним сеансом вим1рювань зд1йсшовалась кал1брування приладу, а пвд час втпрювань усереднення результат1в багатократних втпрювань, що забезиечувало ви-м1рювання з невизначешетями (иохибками), як1 не перевигцували 0,5 % для модуля 1мпедансу 10,1° для фазового кута.
Протягом сеансу гемод1ал1зу вивчалися зале-жност1 модуля ^^ ^^тавно! Д \ ^^^етивно! X складових 1мпедансу, скорегованих до довжини тша пащ-ента Н, фазового кута област1 розподшу вектора б1о1мпедансу в1дносно ел1пс1в толерантноста та ди-нам1ка значень цих иараметр1в, залежно вщ об'сму ультрафшьтрату 1 ирофшю процедури ультраф1ль-трацп.
3 Результати досл1джень 1 Тх обговорення
Характерн1 приклади особист1сних показник1в частини пащснт1в, обраних для розгляду, 1 особли-востей процедури (профшю) !х ультрафшьтрацп наведен! в табл. 1. Шд профшем ультраф1льтрацп, розум1сться програма змши швидкост1 видалеиня
Табл. 1 Показники процедури ультрафшьтрацГ! шд час програмного гомодоатзу
Пащент
1 2 5 6 7
Стать ж ч ж ч ч
"Суха вага", кг 61.7 98 71.5 65,5 93
Маса до ПГД, кг 63.3 102 75.5 68,95 96,4
Об'ем УФ. л 1.6 40 4,0—1,0 1 3,6 3,4
Триватсть ПГД. год 3.5 3.67 3,75 3,5 3,5
Зркт, Н, см 165 179 167 1,7 182
Вж, рошв 48 41 44 32 49
Швидк. УФ. мл/год 458 1126 1776 890 1029 1458 486
Профшь УФ немас немае №1 немае №2
радини в хода процсдури гомодоатзу. В даному раз1 розглядаеться три таких ирограми, яш забезиечу-ються апаратами сери 5008Б, а само: видалення радини з1 сталою швидшстю (немае ирофшю), швид-шсть видалоиия рщшш змоишусться лшшно в1д початкового максимального значения до кшцевого мпималыгого значения (профшь № 1). стушнчате (профшь № 2).
На рис. 1 1 2 представлен! характерш змши значень параметр1в 1мпедансу, залежно в1д об'ему видаленого ультрафшьтрату. На графшах надаш
розультати кожного десятого втпру. Значения опо-р1в модуля, активно! 1 реактивно! складових ско-реговаш на довжину ила пащента. Втиряними с модуль 1мпедансу ^ 1 фазовпй кут у, розраховани-ми — активна Д 1 реактивна X складовь Рис. ввдповщае пащентам жшочо! стата (пащенти и1 1 по), рис. 2 пащеитам чолов1чо! стата (пащенти п2, пб 1 п7). Характер залежиостей для шших пащеттв аналоичний, шдивщуально ввдмшний, залежно ввд функционального стану пащента.
ультрафитьтрац!
утлрафтырац11л Реактивна складова 1мпедансу. п1 1 п5
76
О -400 5 55
, 48
20
л л
Л?
II2 ;п^
Об'ем ультрафйьтраци: л
Рис. 1
додатково випита вода
Модуль ¡мпедансу для 100 кГц, п2, пб 1 п7
. . .
. .-V , *
...
п2>пб>п7
Об'см улырафтырату, л Фазовий кут для 500 кГц, п2, пб 1 п7
(а)
(б) Рис. 2
На рис. 3 наведеш залежноста динамики модутв олектричного бкямпедансу для тих же вар1анпв до-сладжонь, вадиовадно до методики оцшювання пдратащйного стану пацкнпв за параметрами вокторнсм бкямиедансометр11.
Метод векторно! бкямпедансомотр11 полягае в зображенш вектора бкямиеданса в ирямоку-тнш систем! координат по осях активного водно-електрол1тного опору Д 1 реактивного емшеного опору X з корекцшю на довжнну Н тша иащента. Традищйно для вихйрювань 1 анатзу параметр1в 1миедансу використовуеться частота 50 кГц [21 24]. Коордииати розиодшу обласп положения сукупно-ста втиряних значонь вектора бкямиеданса сшввщ-носяться з областю референтних значонь 1 положениям елшйв толерантность отриманих на основ1 ба-гаточисленних вим1р1в в загалыий иопулящ! [21,22]. Елшси толсрантноста формуються як обласп вщ-хилення вщ референтного (для даного вшу 1 стаи) значения в 50%, 75% 1 95% зони. Напрямок вщ-хилення розиодшу положения вектора вщ обласп референтних значонь дозволяе виявити вщиовцщий клпичний пдратацшний стан иацкнпв, а стушнь цього вщхилоння характеризуй виражешеть даного стану [1,11,21 24], що с шдставою для визначоння р1вня "сухо! ваги" пащента [1,21 23].
Внаслщок того, що в „шторатурних джерелах наявш вщомоста про референтш значения олшейв толерантносп пацкнтав лише для частоти 50 кГц,
розподши воктор1в бкямпедансу, отримаш на частотах 20 кГц, 100 кГц 1 500 кГц, сшвставленш з положениям елшав толерантносп для частоти 50 кГц, иараметри яких надаш в [21]. Траектор11 цих олшйв наведеш на рис. 3.
Щоб не перевантажувати поля рису шив, па рис. 1 1 За представлен! результати пацкнпв п1, п5 для вйх частот, на рис. 2 для пацкнпв п2, пб, п7 (2а для частоти 20 кГц, 26 для частоти 100кГц, 2в для частоти 500кГц): графши на рис. 36, Зв, Зг окремо для кожного з пацкнтав п2, пб, п7 вщповцщо на частотах 20 кГц, 100 кГц, 500 кГц.
4 Загальна характеристика динам!™ параметр1в бю1мпе-дансу
Анатзуючи залежносп иарамотр1в, наданпх на рисунках, слад зазиачити таке.
Значения втпряних модуля 1миедансу 1 фазового кута р1зних иацкнтав, як жшочем, так 1 чоловкго! стать е шдивщуалыго вщмшними. Причому вад-носна вщмшшеть значонь модуля 1мподансу може становити 20-25 % вад середнього значения у попу-лящ1. Розкид значонь фазового кута знаходився в межах вщ 5 до 20 градусов.
Динамика вектора ¡мпедансу. пашеЕгги 1 i 5
,20_1 х.10(1 1 60
f
, шр-1 ч
f^0%jr \ J
100 200 300 400 500
100 Е2О 1-R.100 1-е 500 1 -R 20 5-R100 5'Е.500 5500
(а)
Динамка вектора ¡мпедансу. пащект б
(
4 /__^ """
к20 б'л100 6'к500 6
(в)
10L 100
(б)
Динамка вектора ¡мпедансу. патент 7
% yt
—-M / ) } J
( (CZ\
200 300
R20_7 'R100_7 'R500_7 R: Ом/м
(г)
Рис. 3. Bapia6ojibiiicTb вектор1в бкямпедансу: а) для пацкнтв nl i по жшочо! стаи для вйх трьох частот: для пащшшв п2 (б), пб (в) i п7 (г) чоловкго! стай на частот 20кГц. 100кГц. 500кГц.
Значения модуля 1мпедансу зменшуються 3i збшьшенням частоти (Z20 > Z100 > Z500), що об-умовлюеться дисперсшними властивостями бюлоп-чних тканин. Для нормально! однорщно! бютканини значения фазового кута мае протилежну тенденщю (f20< ^100< f500)- Проте, в окремих випадках сио-стеркаеться ситуащя, коли значения фазового кута на частот 20 кГц е. бшыним, шж на частот 100 кГц. Це свадчить про шдивщуальну нехарактерну в1д-MiiniicTb складу рцщнних i/або стану момбранних структур цього иацкнта.
Основною тенденцию не лише для пацкнтв, характеристики яких надаш на рисунках, але й для Bcix iiiinnx, е. то. що в процей ультрафшьтрацп вщбуваеться збшьшення модуля (Z/H), активно! (R/H) та реактивно! (Х/Н) складових 1мпедансу. Це евщчить про те. що на Bcix piBirax (кштии-на рцщна, позаклтиша) вщбуваеться поступова деидратащя nopiBirano з початковим станом. На початковому, пщдд достатньо тривалому, еташ ультрафшьтрацп здебшыпого вщбувалося зменшення
/
кшцевому eTani переходить до збшьшення.
Основною тенденщяо для фазового кута с те. що на початковому eTani ультрафшьтрацп, як правило, мае мкце змеишеиия початково! фази, шдивщуаль-
не для кожного иацкнта, яке поступово переходить до збшьшення. В окремих випадках. наприклад як це було у раз1 пацкнта по, на частот! 500 кГц мае мкце локалышй шдйом фази на початковому ета-ш, що 1 призвело до шдйому реактивно! складово! Х500/Н на ще! дшянщ процедуры ультрафшьтрацп.
Шд час ультрафшьтрацп, нсзважаючи на р1вно-хйрний або лпшишй у чай об'ем видалеиия ультра-фшьтрату, сиостеркаеться нслпшишй, часто надто нелпшишй, характер змши параметр1в 1миедансу. Ця нелшшшеть с шдивщуальною для кожного пацкнта 1, як правило, найбшып виразна на високих частотах 100 кГц 1 500 кГц.
5 Гнтерпретащя динамжи роз-подшу значень вектор1в 1мпе-дансу вщносно елшепв толерантности для окремих при-клад1в функционального стану пащенив
На рис. 3 наведет розподши областей значень вектор1в бкямпедансу для пацкнтв п11 п5 (рис. За),
п2 (рис. 36). пб (рис. Зв). п7 (рис. Зг) для частот 20 кГц. 100 кГц 1 500 кГц. Там же для сшвставлоння надаш траекторп олшйв толерантность отриманих в [21] для частоти 50 кГц. Такий розподш характер-иий 1 для шших иацкнтв. шдивщуально вщмшний. залежно в1д 1х функционального стану 1 реакцп тала на режим ультрафшьтращ!. Видно, що динамша вектор1в мае нелшшний нестащонарний характер, стушнь цк! нестащонарност збшьшуеться з1 зроста-нням частоти.
3 рис. За видно, що у раз1 пащента п1 в прочей сеансу ультрафшьтращ! вщбулося попадания в область елшеа 95% лише на частот! 20 кГц. на шших частотах траекторп вектор1в знаходяться за межами олшйв: у раз1 пащента и5 не вщбулося попадания в облает олшйв толерантност на вйх частотах. Вцщовщно до каношв гомодоатзнсм векторно! бкям-педансомотрп [21 23] це евцщить про те. що у раз1 пащента п1 первкно розрахованпй об'ем ультра-фшьтрату в 1.6 л забезпечуе наближення водного стану до потр1бного р1вня "сухо! ваги". Причому положения вектор1в бкямпедансу для пащента п1 в „швому верхиьому сектор1 евщчить про те. що мае мкце шдвшцена идратащя з дещо збшыненим об'емом клиинно! маси.
Для пащента п5 характерна шша ситуацкь Ве-ктори 1мпедансу на вйх трьох частотах знаходяться в верхньому правому секторь для якого характерною е депдратащя з1 збшыненням об'ему клтииго! маси. На початку процедури спостеркаеться р1зка. бшьш помина. шж у раз1 пащента п1. динамша вектор1в на вйх частотах у бш площнн олшйв толерантност з досягненням моли елшеа 95 % вектором частоти 20 кГц. Дал1 ироцес ультрафшьтращ! при-зводить до иодалыно! деидратацп. пащент вцщувае спрагу (внаслщок чого ним додатково було випито 1 л води шд час процедури).
1з графш1в воктор1в шших иацкнтв видно таке.
Найбшьш ч1тке попадания в облает вектор1в толерантност мае мкце у раз1 пащента пб (рис. Зв): на частот! 20кГц протягом процедури ультрафшьтращ! вщбуваеться динамша вектора в облает елшеа 50%. на частот 100 кГц в облает елшеа толерантност 95%. на частот 500 кГц на моли елшеа 95%. Це свщчить про те. що первкно розрахованпй об'ем ультрафшьтрату (3.6 л) для цього пащента забезпечпв попадания вектор1в 1мпедансу в облает олшйв толерантност практично на вйх трьох частотах.
У раз1 пащента п7 (рис. Зг) положения 1 динамша вектор1в 1мпедансу евщчать про те. що його стан знаходиться в сектор1 деидратацп з шдвшценим об'емом клтииго! маси. Спостеркаеться складний надто нелшшний за характером хщ динамши вектора в процей ультрафшьтращ!. що значиою хйрою обумовлюеться також 1 ступшчастим характером ирофшю № 2 ультрафшьтращ!. Траекторп векто-
р1в на вйх трьох частотах знаходяться за межами ворхньо! гранищ олшеа 95%.
У раз1 пащента п2 на вс1х частотах вектор 1мие-дансу знаходиться за межами олшйв толерантност 1 вщповщае ситуацп симетрично довгого вектора з високим фазовпм кутом. яка спостеркаеться при зневодненш пацкнтв [22]. Причому в цьому раз1 положения вектор1в для частот 20 кГц 1 100 кГц евцщать про стан депдратацп з шдвшценим р1внем клиинно! маси. положения на частот! 500 кГц в бш пдратацп з шдвшценим р1вном клиинно! маси. Таким пацкнтам показана нормал1защя р1вня пдратацп.
1з рис. 3 видно, що в уйх вииадках на початко-вому еташ ультрафшьтращ! спостеркаеться помтге змшення насамперед реактивно! складово! 1мпедан-су: в процой иодалыно! ультрафшьтращ! мають мкце коливалыи процесн змши параметр1в 1мпедан-су. зокрема 1 з повертанням у бш зменшення значень активно! 1 реактивно! складових. яш можна 1нтер-иретувати як таш. що характеризують збшьшення об'ехйв водних сектор1в т1ла людини. незважаючи на ультраф1льтращю. Ступ1нь ще! коливальност збшьшуеться на бшьш впеокпх частотах, мае ш-дивщуалышй характер 1 виражешеть для кожного пащента.
6 Обговорення результатов
Анал1зуючи отримаш результат! слад вщм1тити. що шд час ультрафшьтращ! характерним е складний нелшшний характер змши иараметр1в 1мпе-дансу. Внражен1сть ще! нел1н1йност1 збшьшуеться з1 зростанням частоти. найбшьш виразною 1 ''хаотичною" вона спостеркаеться на бшьш високих частотах 100 кГц 1 500 кГц.
Коливалышй характер динамши параметр1в евщчить про складн1сть перехщних процес1в пере-розпод1лу об'ем1в водних сектор1в людини в процес1 гемод1ал1зу 1 пов'язаиих з1 змшами сшввцщошення внутр1шньокл1тинно1. зовн1шньокл1тинно1 рщшш 1 кровь змшою структурного складу рщшш та об-умовленими цим швидкоилинними зм1нами активно! провщност1 у м1жкл1тинному середовищ1 та реактивно! провщност. внасл1док дп поляризащйних процес1в на дклектричних структурах б1отканин (мембранах клтш. органелах тощо).
Характерн1 пом1тш змшення параметр1в 1мие-дансу. насамперед фазового кута 1 реактивно! скла-дово1, що спостер1гаються на початку процедури ультрафшьтраци, можна пояеннтн тнм. що вони обумовлеш иом1тними змшами об'ему судинно! рк дини та можливо "проявом недостатньо! моб1л1зацп механ1зм1в судинного наповнення у вщиовщь на уль-траф1льтращю у перш1 40 хвилин гемод1ал1зу" [7]. Також. часткове повернеиня вектора б1о1мпедансу в бж збшьшення р1вня г1дратацп. що мае мкце на вйх зазначених частотах, ало найбшьш помтго на
частотах 100 кГц 1 500 кГц. можс бути обумовлено збшыненням внутршньоклтншого об'ему в проце-й сеансу гемод1ал1зу, яке пов'язане з синдромом порушено! р1вноваги, "коли внутршньоклтнша кон-центращя осмотично активних рочовин перевшцуе зовшшньо клиинну" [7.26].
Коротш вектори з нормалышм фазовим кутом (ввд 4° до 8-10°, пащент п1) свщчать про шдвищену пдратащю, Симетрично довп вектори з високим фазовим кутом (збшынеш Д з збшьшен1 X, пацк енти п2. п5, п7) сиостеркаються при зноводнонш пацкнпв, можуть бути наирикшщ сеансу гемод1алк зу [22] та можуть свцщити про шдвшцене значения клтшнсм маси. У пацкнтав з ожиршням вектори коротки але мають нормалышй або шдвшцений фа-зовий кут [22].
РозбЬкшсть у зростанш значонь моду.шв (та активних складових) на р1зних частотах з1 зростан-ням об'ему видаленого ультрафшьтрату (рис. 1. 2) свщчать про те. що або немае впливу внутршньо-клтшнсм рщини, або вш но призводить до повиси комиенсацп втрати мккклишшся рцщни.
Внаслщок дисиерййносп частотних залежно-стей параметр1в опору бюлопчних тканин (зменше-ния опору 1 емносп з1 зростаиням частоти), оцпшу стану пацкнта за канонами векторнся бкямиедансо-метрп з визначенням попадания в облает вектор1в толерантность розрахованим для частоти 50 кГц. можна здпгсшовати за параметрами траектор1й ве-ктор1в на частотах 20 кГц 1 100 кГц. Щнм того, параметри 1мпедансу на високих частотах 500 кГц 1 100 кГц. по-перше. дають бшыне шформацп про ди-намшу перерозиодшу водиих сектор1в тша в процей ультрафшьтрацп (вй иацкнти) та впливу режиму ультрафшьтрацп (особливо це иомтго на ириклад1 пацкнта п 7): по-друге, уточшоють попадания функщонального стану в той чи шший сектор пдратацп 1 р1вня клтншея маси. Спрямовашсть траектор1й вектор1в ввд частоти 500 кГц через частоту 100 кГц до частоти 20 кГц евщчить про шдвищену депдра-тащю 1 збшынену клиинну масу (пацкнти п2. п5, п7). скупчешсть в „швому верхньому сектор1 (пащент и1) про шдвищену пдратащю з шдвшценою клтншою масою, знаходження в межах верхшх сектор1в елшйв толерантносп симетрично ой клк тиннея масн (пащент пб) евцщить про нормалышй стан за р1внем "сухо! ваги" з дещо збшыненим значениям р1вня клтншея маси.
Вщсутшсть попадания вектор1в 1мпедансу в область елшйв толерантность що мае мкце у ра-з1 пацкнтав п2, и5, п7, обраних для анал1зу, може евщчити про те. що щ пацкнти не досягли "сухо! ваги" 1 "надлишковий об'ем зберкаеться в оргашзм1 навиь пкля процедури ультрафшьтрацп" [7.26].
Тому змши складу тша можна иостпшо контро-лювати за графшами змши иараметр1в, а перемще-ння вектор1в можна класифшувати вцщовщно до 1х вщеташ В1д середнього.
Висновки
Втпрювання та сукупний анал1з параметр1в бкямпедансу в розширешй смуз1 частот дозволяе ощшовати стан водиих сектор1в гемод1ал1зних па-цкнтав напередодш сеансу ультрафшьтрацп, що е шдставою для визначення поточного особисткного функщонального стану конкретного пацкнта i об-1"рунтування noTpi6inix для нього характеру i пара-метр1в ультрафшьтрацп. Втирювання i сукупний анал1з параметр1в електричного 1миедансу безиосе-редньо в процес1 гемод1ал1зу дозволяе об'ективно контролювати nepe6ir функщонального стану пащента в реальному масштаб! часу з ощнкою досягне-ння piBira "cyxo'i ваги", ощшовати характер процейв перерозиод1лу об'ем1в внутр1шньокл1тинних i зов-н1шньокл1тинних ceKTopiB т1ла i кровь особисткш умови i BiflMiiniocTi перебку ироцесу ультраф1ль-трацп пащент1в. Це е шдставою для оперативного корегування процесом ультрафшьтрацп у pa3i не-обхщност1. Розшнрення смугн частот втпрювання параметр1в 1мпедансу поглиблюе д1агностичн1 мо-жливост1 такого контролю i вчасно! корекцп иеребк гу ультрафшьтрацп.
Визначення сукупносп иоказник1в i критерпв об'ективного апаратуриого контролю процедури ге-мод1ал1зу е пщетавою для об1"рунтування вимог до сучасно! апаратури б1о1мпедансометрп. призначено1 для проведения контролю гемод1ал1зно1 ультрафшьтрацп.
References
[f] V'ishnevskii К.Л.. Gerasimchuk R.P. and Zemchenkov A.Y. (20f4) «Dry weight» correction in hemodialysis patients based on the results of bioimpedance vector analysis. Nephrology (Saint-PetersburgVol. 18. No "2. pp. 61-71. (In Russ.)
[2] Chang Т.1., Paik .1.. Greene Т.. Desai M„ Bech F„ Cheung Л.К. and Chertow G.M. (2011) Intradialytic hypotension and vascular access thrombosis. .Journal of the American Society of Nephrology, Vol. 22. No. 8. pp. 1526-33. DOl: 10.1681/asn.2010101119
[3] Hekmat R. Ahmadi M, Fatehi H.. Dadpour B. and Fazelenejad Л. (2011) Correlation between asymptomatic intradialytic hypotension and regional left ventricular dysfunction in hemodialysis patients. Iranian .Journal of Kidney Diseases, Vol. 5. No 2. pp. 97-102.
[4] John A.S.. Tuerlf S.D.. Kerstein M.D. (2000) Nonocclusive mesenteric infarction in hemodialysis patients. American ■Journal of Roentgenology, vol. 174. no. 4. pp. 1169-1169. DOl: 10.2214/ajr.l74.4.1741169a
[5] Mizumasa Т.. Hirakata H.. Yoshimitsu Т.. Hirakata E.. Kubo M., Kashiwagi M., Tanaka H.. Kanai H.. Fujimi S. and lida M. (2004) Dialysis-related hypotension as a cause of progressive frontal lobe atrophy in chronic hemodialysis patients: a 3-year prospective study. Nephron Clinical 'Practice. Vol. 97, No. 1, pp. c23-c30. DOl: 10.1159/000077592
[6] Shoji T, Tsubakihara Y, Fujii M, Imai E. (2004) Hemodialysis-associated hypotension as an independent risk factor for two-year mortality in hemodialysis patients. Kidney International, Vol. 66. No. 3. pp. 1212-1220. DOl: 10.1111/j. 1523-1755.2004.00812.x
[7] Strokov A.G.. Terekhov V.A., Poz Y.L.. Kryshin K.N. and Kopylova Y.V. (2015) Persistent and Intermittent Hyperhydration in Patients on Program Haemodialysis: Methods of Evaluation and Correction. Russian .Journal of 'lYansplantology and Artificial Organs, Vol. 17. No 1. pp. 103-108. (In Russ.) DOLIO.15825/1995-1191-2015-1-103-108
[8] Rakhmatullina L.N. and Gurevich K.Y. (2013) Application bioimpedance body composition monitor (BCm) in clinical practice in dialysis patients (literature review). Nefrologi-ya, Vol. 17. No~4. pp. 49-57.
[9] Grimnes S., Martinson O.G. (2008) Bioimpedance and bioelectricity basics. Amsterdam: Elsevier. 471 p.
[10] Tornuev Y.V.. Nepomnyaschikh D.L., Nikityuk D.B., Lapiy G.A.. Molodykh O.P.. Nepomnyaschikh R.D., Koldysheva E.V., Krinitsyna Y.M.. Balakhnin S.M.,Manvelidze R.A.. Semenov D.E., Churin B.V. (2014) Diagnostic capability of noninvasive bioimpedance. Fundamental Research, No. 10. pp. 782-788.
[11] Nikolaev D.V., Smirnov A.V., Bobrinskaya l.G. and Rudnov S.G. (2009) Bioimpedansnyi analiz sostaua tela cheloueka [Bioimpedance analysis of human body composition]. Moskow, Nauka. 392 p.
[12] Seytlin G.Y.. Vashura A.Y.. Konovalova M.V., Balashov D.N.. Maschan M.A. and Belmer S.V. (2013) Value of bioimpedance analysis and anthropometry for complication prediction in children with malignant and non-malignant diseases after hematopoietic stem cells transplantation. Oncohematology. Vol. 8. Is. 3. pp. 48-54. DOltlO.17650/1818-8346-2013-8-3-48-54
[13] Cornish B.H.. Ward L.C.. Thomas B..I.. .lebb S.A. and Elia M. (1996) Evaluation of multiple frequency bioelectrical impedance and Cole-Cole analysis for the assessment of body water volumes in healthy humans. Eur J Clin Nutr, Vol."50. Iss. 3. pp. 159 164.
[14] Kotanko P.. Nathan W. and Zhu L.F. (2008) Curent state of bioimpedance technologies in dialiysis. J. Med. Nephrology Dialysis 'lYanspl, Vol. 23. Is. 3. pp. 808-812. DOl: 10.1093/ndt/gfm889
[15] Colin-Ramirez E.. Castillo-Martinez L.. Orea-Tejeda A., Vâzquez-Durân M.. Rodriguez A.E. and Keirns-Davis C. (2012) Bioelectrical impedance phase angle as a prognostic marker in chronic heart failure. Nutrition, Vol. 28. Is. 9. pp. 901-5. DOl: 10.1016/j.nut.2011.11.033
[16] Santarpia L.. Marra M.. Montagnese C.. Alfonsi L.. Pasani-si F. and Contaldo F. (2009) Prognostic signilicanco of bioelectrical impedance phase angle in advanced cancer: preliminary observations. Nutrition, Vol. 25. No 9. pp. 930 1. DOl: 10.1016/j.nut.'2009.01.015
[17] Varoshenko V.T. and Sharpan O.B. (2009) Bioi-mpedancometry Variants in Studios of Human Ago Physiology. Naukovi visti NTUU KP1, No 1. pp. 26-29. "(in Ukrainian)
[18] Gupta D.. Lammersfeld C.A.. Vashi P.G.. King .1.. Dahlk S.L.. Grutsch .I.F. and Lis C.G. (2008) Bioelectrical impedance phase angle as a prognostic indicator in breast cancer. BMC Cancer, 8:249. DOl: 10.1186/1471-2407-8249
[19] Barni S.. Fort A.. Becatti M.. Fiorillo C.. Mugnaini M.. Vignoli V.. Addabbo Т.. Pucci N. and Novombro E. (2017) Detection of Allergen-lgE interaction in Allergic Children Through Combined Impedance and ROS Measurements. IEEE 'lYansactions on Instrumentation and Measurement. Vol. 66. No. 4. pp. 616-623. DOl: 10.1109/tim.2016.2640478
[20] Paterno A.. Hormann L. and Bertemes-Filho P. (2012) Efficient Computational Techniques in Bioimpedance Spectroscopy. Applied Biological Engineering - Principles and Practice, InTech. DOl: 10.5772/36307
[21] Piccoli A. (1998) Identilication of operational clues to dry weight prescription in hemodialysis using bioimpedance vector analysis. Kidney International, Vol. 53. Iss. 4. pp. 1036-1043. DOl: 10.1111/j.l523-1755.1998.00843.x
[22] Piccoli A. (2004) Bioelectric impedance vector distribution in peritoneal dialysis patients with dillerent hydration status. Kidney International, Vol. 65. Iss. 3. pp. 1050 1063. DOl: 10.1111/j. 1523-1755.2004.00467.x
[23] Bosy-Westphal A.. Danielzik S.. Dörhöfor R.P.. Piccoli A. and Müller M..I. (2005) Patterns of bioelectrical impedance vector distribution by body mass index and age: implications for body-composition analysis. The American .Journal of Clinical' Nutrition, Vol. 82. Iss. 1. pp. 60-68. DOl: 10.1093/ajcn/82.1.60
[24] Walter-Kroker A.. Kroker A.. Mattiucci-Guehlke M. and Glaab T. (2011) A practical guide to bioelectrical impedance analysis using the example of chronic obstructive pulmonary disease. Nutrition .Journal, 10:35. DOl: 10.1186/1475-2891-10-35
[25] Mosiychuk V. S.. Timoshenko G. V. and Sharpan O. B. (2015) Wideband bioimpedance meter with the active electrodes. Electronics and Nanotechnology, pp. 300-303. DOl: 10.1109/elnano.2015.7146896
[26] Terekhov V. A. (2015) Status gidratatsii и bol'nykh na programnom gemodialize: metody otsenki i korrektsii [Status of hydration in patients on programmed hemodialysis: methods of assessment and correction. Cand. of Medical Sei. Diss.]. Moskow. 122 p.
Динамика параметров трехчастотной биоимпедансометрии пациентов при гемодиализной ультрафильтрации
Шарпан О. Б., Мосийчук В. С., Архипская М. О., Ткачук Б. В., Томашевский Р. С.
Представлены результаты экспериментального исследования характерных вариантов динамики параметров электрического биоимпедапса (модуля, фазового угла, активной и реактивной составляющих) пациентов, в зависимости от объема ультрафильтрата, удаленного в процессе гемодиализа, измеренных па трех частотах 20 кГц. 100 кГц. 500 кГц. Для исследований применена система программного гемодиализа человека, в составе которой использован аппарат "искусственная почка" Fresenius Medical Care 5008S, что обеспечивает реализацию режима изменения скорости и характера процедуры ультрафильтрации, и аппаратно-программный комплекс мониторинговой биоимпедасометрии TOF-M-1, адаптированный для условий и требований программного гемодиализа. Изучались зависимости модуля Z, фазового угла (р, активной R и реактивной X составляющих импеданса, скорректированных к длине тела пациента Н, области распределения вектора биоимпедапса относительно эллипсов толерантности и динамика
значений этих параметров, в зависимости от объема ультрафильтрата и профиля процедуры ультрафильтрации. Установлено, что во время ультрафильтрации есть характерным сложный нелинейный характер изменения параметров импеданса, индивидуальный для каждого пациента. Выраженность этой нелинейности увеличивается с ростом частоты, наиболее выразительной она наблюдается на более высоких частотах 100 кГц и 500 кГц. Нестационарный колебательный характер динамики параметров свидетельствует о сложности переходных процессов перераспределения объемов водных секторов человека в процессе гемодиализа, индивидуальных для каждого пациента, и связанных с изменениями соотношения внутриклеточной, внеклеточного жидкостей и крови, структурного состава жидкости. Это обусловливает быстротекущие изменения активной проводимости в межклеточной среде и реактивной проводимости вследствие действия поляризационных процессов на диэлектрических структурах биотканей. Измерения и совокупный анализ параметров электрического импеданса непосредственно в процессе гемодиализа позволяет объективно контролировать ход функционального состояния пациента в реальном масштабе времени с оценкой наличия или отсутствия уровня "сухого веса", оценивать характер процессов перераспределения объемов внутриклеточных и внеклеточного секторов тела и крови, личностные условия и различия течения процесса ультрафильтрации пациентов. Это является основанием для оперативной корректировки процесса ультрафильтрации в случае необходимости. Расширение полосы частот измерения параметров импеданса углубляет диагностические возможности такого контроля и своевременной коррекции процедуры ультрафильтрации.
Ключевые слова: электрический биоимпеданс; би-оимпедансометрия; гемодиализ; ультрафильтрация
Dynamics of Bioimpedance Parameters on Three Frequencies During Ultrafiltration
Sharpan О. В., Mosiychuk V. S., Arkhypska M. 0., Tkachuk В. V., Tomashevskyi R. S.
Background/Aim. At present, methods based on the analysis of non-invasively measured parameters of electrical bioimpedance for the diagnosis of the patient's biohydrality are of interest. The purpose of this article is to investigate the dynamics of electrical impedance parameters (module,
phase angle, active and reactive components) of the human body during ultrafiltration of programmed hemodialysis at three frequencies of 20 kHz, 100 kHz, 500 kHz.
Equipment and Methods. For the research was used the hemodialysis system Fresenius Medical Care 5008C. This system provided the implementation of the ultrafiltration procedure profile. Also was used the hardware and software complex of monitoring bioimpedasometry TOR-M-l, adapted for hemodialysis procedure and conditions. Using these equipment the dependences of the modulus Z, the phase angle active R and the reactive X impedance components corrected to the body length of the patient H, the region of distribution of the bioimpedance vector relative to the tolerance ellipses and the dynamics of these parameters, depending on the volume of the ultrafiltrate and the profile of the ultrafiltration procedure were studied.
Dynamics of bioimpedance parameters. It was found that during the ultrafiltration has a characteristic complex nonlinear behavior of the impedance parameters for each individual patient. The intensity of this nonlineari-ty increases with increasing frequency. It is expressively observed at higher frequencies of 100 kHz and 500 kHz.
Interpretation of Impedance Dynamics with Tolerance Ellipses. The non-stationary oscillatory character of the parameter dynamics testifies to the complexity of the individual transient processes of redistribution of volumes of human water sectors in the process of hemodialysis and associated with changes in the ratio of intracellular, extracellular fluids and blood, the structural composition of the liquid. This causes fast flowing changes in active conductivity in the intercellular environment and reactive conductivity due to the action of polarization processes on the dielectric structures of biological tissues.
Discussion and Conclusion Measurements and cumulative analysis of the parameters of electrical impedance directly in the process of hemodialysis allows to objectively monitor the progress of the patient's functional state in real time with an assessment of the presence or absence of a 'dry weight 'level, evaluate the nature of the processes of redistribution of intracellular and extracellular sectors of the body and blood, and the differences in the course of the process of ultrafiltration of patients. This can be the basis, if necessary, for promptly adjusting the ultrafiltration process. Widening of the impedance measurement bandwidth enhances the diagnostic capabilities of such monitoring and the timely correction of the ultrafiltration procedure.
Key words: electrical bioimpedance; bioimpedansometry; hemodialysis; ultrafiltration
