Научная статья на тему 'Исследование процессов периферического кровообращения верхней конечности'

Исследование процессов периферического кровообращения верхней конечности Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

CC BY
515
51
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
BIOPHYSIC MODEL / ALGORITHMS

Аннотация научной статьи по клинической медицине, автор научной работы — Попечителев Е. П., Чащин А. В.

The biophysic model has been used for design of algorithms expending the functional possibilities of methods of research for purpose of receiving of supplementary physiological facts. It is a perspective for development of medical technology using for the arterial pressure in organism and the physiologic mechanisms their control.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по клинической медицине , автор научной работы — Попечителев Е. П., Чащин А. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Examination of Processes of Peripheric Circulation of Upper Extremity

The biophysic model has been used for design of algorithms expending the functional possibilities of methods of research for purpose of receiving of supplementary physiological facts. It is a perspective for development of medical technology using for the arterial pressure in organism and the physiologic mechanisms their control.

Текст научной работы на тему «Исследование процессов периферического кровообращения верхней конечности»

Статья

r = 0,8278 p = 0,000

r =0,7910 p = 0,000

r =0,8530 p = 0,000

r =0,6767 p = 0,000

Рис. 6. ФС (корреляция)

Вывод. У больных СД-2 с клиническими вариантами течения, постоянно проживающих в условиях Севера РФ выявлена перестройка липидного бислоя мембран, которая характеризуется фазными изменениями в системе «ПОЛ - АОЗ», оказывающими влияние на концентрацию холестерина, а так же качественный и количественный состав фосфолипидов тромбоцитарных мембран.

Литература

1. Дедов И.И., Шестакова М.В, Максимова М.А. Федеральная целевая программа «Сахарный диабет» (Методические рекомендации).- М.: Медиа Сфера, 2002.

CORRELATIVE RELATIONS IN SУSTEM OF MEMBRANES TROMBO-CYTE: LIPID BELAYED - PEROXIDE OXIDATION IS THE ANTIOIDANT DEFENSE OF DISEASED PEOPLE WITH DIABETUS MELITUS OF THE SECOND TYPE WITH DIFFERENT CLINICAL VARIANTS OF DURATIONS CONSTANTLY LIVING IN CONDITIONS OF THE NORT OF THE RF

V.M. ESKOV, S.A., I.Y.DOBRININA, Y.V.DOBRININ Summary

People diseased with diabetes mellitus of the second type with different clinical variants of duration constantly living in conditions of the north of the RF are revealed the reformation of lipid bilayer of membrane which is characteristic of a phase changing in the system of peroxide oxidation lipid is the antioxidant defense which makes influence on concentration of cholesterin and also quantitative and qualitative composition of phospholipids and trombocytes membrane. Key words: diabetes mellitus of the second type

УДК616-005; 616.1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРИФЕРИЧЕСКОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ ВЕРХНЕЙ КОНЕЧНОСТИ

Е.П. ПОПЕЧИТЕЛЕВ, А.В. ЧАЩИН*

Основной особенностью гемодинамических процессов, происходящих в организме, является их взаимообусловленность, которая проявляется в виде ответных реакций сердечнососудистой системы на любые внешние воздействия. Применение технических средств для изучения этих процессов является внешним воздействием и также вызывает ответную реакцию, искажая их истинную картину. Наглядными примерами этого являются широко используемые в медицинской практике методы окклюзионных измерений артериального давления (АД). При измерениях АД известными окклюзионными методами на кровеносные сосуды механически воздействует манжета, обёрнутая вокруг исследуемого сегмента конечности. Являясь неотъемлемой частью измерительных процедур, окклюзия представляет собой непродолжительное вмешательство в процесс кровообращения. Показатели АД - систолическое (Рс), среднее (Рср) и

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

диастолическое (Рд) - определяют по уровням давления в манжете (Рм), при которых проявляются информативные признаки в ответной сосудистой реакции. В разных методах используются определенные особенности сосудистых реакций, и по ним выделяются соответствующие проявления гемодинамических процессов. В качестве примеров могут служить: проявление аускультативного феномена в методе Короткова, изменение формы пульсовых кривых осцилляций кровенаполнения сосудов в осцилло-метрическом и тахоосциллографическом методах, непрерывно меняющееся давление в манжете РмОО=Р(:), регистрируемое как АД по методу Я. Пеньяза при стабилизации объёма кровенаполнения артериальных сосудов пальца на уровне разгруженного состояния стенки и другие. Несмотря на то, что съём сигналов сосудистой реакции производится в области окклюзии, измерительная процедура с окклюзионными воздействиями оказывает влияние на распределение крови в сосудах не только на участке окклюзии, но и за его пределами. Эта особенность явилась предпосылкой расширения функциональных возможностей методов измерения АД для детальных исследований состояния сосудистой системы. Например, комбинированное сочетание одновременно двух разных окклюзионных методов измерения АД на одной и той же конечности позволяет, наряду с определением показателей АД, исследовать гемодинамические процессы и феноменологические показатели распределения и перераспределения крови, динамику изменения АД, механизмы его регуляции и состояние кровеносных сосудов [2-4].

В данной работе предлагается биотехническая система (БТС) и биофизическая модель гемодинамических процессов в верхней конечности, позволяющие анализировать состояние кровообращения в условиях функциональных проб окклюзионных измерений АД в верхней конечности, производимых одновременно двумя методами измерения в её пространственно разнесённых участках. Они предоставляют возможность также проводить аналогии с моделированием гемодинамических процессов и в других органах организма, и анализировать патологические состояния сосудистой системы.

Биофизическая модель гемодинамических процессов. Без окклюзионных воздействий на кровеносные сосуды верхней конечности в ней и в других частях сердечно-сосудистой системы организма протекают обычные взаимосвязанные гемодинамиче-ские процессы. Сократительной работой сердечной мышцы создается пульсовое АД, обеспечивающее прохождение пульсирующего кровотока по артериальным сосудам конечности. Сосудистая система конечности принимает активное участие в обеспечении и поддержании оптимального уровня кровоснабжения её тканей, но в то же время оказывает сопротивление кровотоку. В ней сбалансированы приток, перераспределение и отток крови. Большое значение в перераспределении крови имеют мелкие артерии и артериолы. Емкость всех кровеносных сосудов конечности выполняет также депонирующую функцию крови. Основную роль при этом играют венулы, мелкие вены и микроциркуля-торное русло, так как они обладают существенной растяжимостью, по сравнению с артериальными сосудами. С кровью доставляются питательные вещества тканям конечности, где происходит газообмен и откуда с кровью отводятся продукты метаболизма. Возврат крови из конечности в полую вену идет при активном участии её венозных сосудов, внутрисосудистое давление в которых равно венозному давлению (Рв). Эти факторы отражаются в процессах непрерывного распределения и перераспределения крови между кровеносными сосудами разного калибра и уровня внутрисосудистого давления. Без внешнего окклюзионного вмешательства в кровообращение конечности в ней симе-ется и посредством нагнетательной работы сердца поддерживается необходимая для нормальной работы сердечно-сосудистой системы артерио-венозная разница давлений АРав; она зависит от периферического сопротивления сети кровеносных сосудов, их емкости, упруго-эластичных свойств и сосудистого тонуса. Окклюзионные воздействия на кровеносные сосуды верхней конечности привносят факторы, изменяющие ход гемодинамических процессов в ней. Из-за этого нарушаются регионарное кровообращение во всей конечности и гемодинамические процессы в организме в целом. Происходит сосудистая реакция на возникновение новых условий кровообращения.

Эти нарушения, связанные с ограничениями артериального притока и венозного оттока крови, ведут к вовлечению в процесс регулирования давления адаптационных физиологических меха-

r =0,5759

Е.П. Попечителев, А.В. Чащин

низмов. Препятствие оттоку венозной крови из конечности является первым существенным нарушением гемодинамики в конечности, так как окклюзионное воздействие на вены происходит уже при сравнительно низких значениях давления в манжете (Рм=10±20 мм рт.ст.). Рост Рм над уровнем Рв всё в большей мере препятствует венозному оттоку. Из-за высокой растяжимости стенки венозных сосудов кровь депонируется в них, а сам процесс инерционен из-за их значительной вместимости. Поэтому динамика процесса заполнения венозного резервуара зависит от уровня Рм и от скорости его изменения. Вместе с наполнением вен руки кровью растет и уровень Рв, из-за чего средняя скорость кровотока сохраняется на уровне, обеспечивающем баланс притекающей артериальной и возвращаемой венозной крови [5].

Физиологически рост Рв направлен на обеспечение оттока объёма венозной крови, адекватного объему притекающей артериальной крови. Как следствие этого, уменьшается разность между Рср. и Рв в конечности, соответственно участков сосудистой системы на проксимальном и дистальном краях манжеты. С полным прекращением оттока венозной крови из конечности в ней сохраняется пульсирующий приток артериальной крови, являющийся причиной дальнейшего повышения Рв в венозной ёмкости дистального участка конечности и ее кровенаполнения. При низкой растяжимости вен отмечается относительное постоянство ёмкости венозных сосудов и более заметно увеличение Рв на дистальном участке руки. При растяжимости вен и в условиях полного перекрытия венозного оттока закон кровенаполнения в них отличается. При Рм в диапазоне значений от Рд до Рс из-за уменьшения просвета плечевой артерии происходит ограничение ударных объемов (АУа) артериальной крови, притекающих в дистальную область конечности, относительно участка окклюзии. В этом диапазоне давлений заметно растет сопротивление кровотоку на участке артерии, расположенной под манжетой, и деформируется форма пульсовой волны. Существующая разность между Рср. и Рв создаёт перепад на общем периферическом сопротивлении сосудов конечности Як и сопротивлении Яа участка артерии, подвергаемого окклюзии. Для случая неполного сжатия артерии внешним давлением артерио-венозная разность АРав определяет объемную скорость кровотока Qк по закону Пуазейля, справедливому для средних и мгновенных значений входящих в него величин:

Qк= АРав / (Як+Яа). (1)

Изменение давления Рм действует на артериальную стенку и влияет на все параметры, входящие в выражение (1). Экспериментальные данные [5] подтверждают, что по мере увеличения Рм значение Qк на проксимальном крае манжеты уменьшается.

При окклюзионных воздействиях легко осуществляется функциональная проба с полным прекращением кровообращения и кровоснабжения конечности. Техническая реализация таких ситуаций на практике воспроизводится простыми средствами компрессионного измерения АД - достаточно, чтобы Рм превысило уровень Рс. Тогда плечевая артерия полностью перекрывается, и верхняя конечность выключается из контура системы кровообращения организма. В результате гемодинамические процессы в сосудах конечности идут самостоятельно, в соответствии с их функциональным состоянием, состоянием механизмов местной регуляции, нервного контроля, суммарной емкости сосудов конечности и соотношением объемного кровенаполнения сосудов разного калибра. Продолжается независимый от центральной гемодинамики процесс перераспределения крови между сосудами в конечности из-за градиентов кровяного давления и обусловлен отношением объемов кровенаполнения в сосудах.

Эти процессы происходят под контролем со стороны нервной системы, как на уровне местной регуляции, так и из-за сохранения связи с центральной нервной системой. При этом в верхней конечности продолжается гемодинамический процесс, который составляют перераспределение крови и возникающая сосудистая реакция на остановку кровообращения. В результате перераспределения выравнивается перепад кровяного давления в сосудах разного калибра, а кровь перераспределяется между бассейнами артериальных, венозных и капиллярных сосудов, изменяя их кровенаполнение. Объём кровенаполнения и просвет артериальных сосудов уменьшается. В то же время растет кровенаполнение венозных сосудов и уровень Рв. Амплитудновременные показатели этого процесса связаны с соотношением объемного кровенаполнения вен и состоянием их сосудистых

стенок. В этом состоянии последующее распределение крови в конечности, изолированной от общего контура кровообращения, станет зависимым от процесса перераспределения крови в сосудистой системе, связанного с имеющейся разностью АРав и периферического сопротивления сосудов конечности Rk и Ra (выражение (1)). При окклюзионных воздействиях происходят изменения состояния и физиологических параметров. Повышается Рв и меняется соотношение AVa/AVb, характеризующее соотношение объемов притекающей в конечность артериальной и депонированной венозной крови. Все это определяет изменения объемного кровенаполнения артерий и вен в конечности Va(1)/Vb(1) и гемодинамику процесса перераспределения крови между ними. На характер притока, перераспределения и оттока влияет ряд физических параметров: уровень Рм, скорости изменения Рм, Рс, Рд, Рв и состояние упруго'-эластичных свойств кровеносных сосудов. Активизируются физиологические механизмы регуляции кровяного давления, направленные на адаптацию к меняющимся условиям кровоснабжения: повышенного Рв; избыточного объёма кровенаполнения венозных сосудов, обуславливающего застойные явления; ограничение кровоснабжения тканей конечности артериальной кровью; полного прекращения кровоснабжения кислородом и кровообращения в конечности. Реакции на окклюзионные воздействия в ответ на состояние гемодинамики во время измерений АД, могут служить основой для анализа текущего состояния кровообращения в конечности, выявления патологических изменений в сосудистой системе конечности и организма и прогноза возможного развития.

Таким образом, кровеносная сосудистая система организма и система окклюзионного измерения АД представляются сложной композицией для исследования. Этот объект составляет развитую сеть ветвления взаимосвязанных кровеносных сосудов в конечности, определяющих их функциональное взаимодействие. Состояние артериальных и венозных сосудов вместе с мик-роциркуляторным руслом определяют характер перераспределения крови в ее тканях. Вмешательство в гемодинамику верхней конечности во время измерительных процедур АД окклюзионными методами искажает картину распределения крови в ее сосудистой системе, вплоть до полного исключения влияния процессов центральной гемодинамики на гемодинамику процессов в верхней конечности. Такое воздействие может представляться функциональной пробой и позволяет моделировать различные состояния кровообращения, исследуя состояние кровеносных сосудов. Для теоретического описания гемодинамиче-ских процессов при окклюзионных измерениях АД и выбора характеризующих их феноменологических показателей, представим биофизическую модель, составленную из двух пространственно разнесённых участков 1 и 3 ее сосудистой системы и участка 2, расположенного между ними (рис.).

На участках 1 и 3 на кровеносные сосуды создаются окклюзионные воздействия манжетами М1 и М2, давление в которых задается двумя независимыми измерителями АД (ИАД1 и ИАД2). Участок 2 не подвергается окклюзионным воздействиям, и он составляет значительную часть объёма артерий Va и вен Vb конечности, преимущественно в локтевой части. Между объемами Va и Vb действуют процессы перераспределения крови. Кроме того, кровь депонируется в венозном бассейне Vв. В качестве измерителей ИАД1 и ИАД2 используются соответственно устройство, реализующее звуковой метод Короткова и устройство для непрерывных измерений АД на основе принципа разгруженной стенки сосудов, по методу Я. Пеньяза.

Рис. Биофизическая модель гемодинамических процессов

Е.П. Попечителев, А.В. Чащин

Таблица

Окклюзионные исследования АД

Процесс Проявление процесса Фактор воздействия и условие наблюдения Регистрир. сигналы и измер. показатели.

ОВ Плетизмографиче-ский рост ФПГ-сигнала и Рв в конечности, ниже дистального края плечевой манжеты [6-7]. РМ1 < РД; приток артериальной крови в конечность не ограничен. Сигналы: Рм1, ФПГ и ТК. Показатели: Рс, Рд.

ОА Искажение формы волны АД. Модуляция объемных осцилляций кровенаполнения артерий во время декомпрессии. РД < РМ1 < Рс Сигналы: постоянная и переменная составляющие РМ1. Показатели: Рс, Рд. и Рср.

О Отсутствие пуль-сир. составл. АД. Спад АД, рост Рв. Перераспределение крови между артериальными и венозными сосудами в конечности, с прекращением притока и оттока крови [37] Быстрый подъём РМ1>Рс и медленный спад Рмі. Непрерывн. слежен. АД, путем Рм2Ю=АДЮ при ФПГ=ФПГм,х.осц=СОШІ Вторая фаланга пальца в области окклюзии пальцевой манжетой. Сигналы: Рм2, ФПГ. Показатели: непрерывное АД; Р а=Р в(асимптотич). Параметры Т переходных процессов перераспределения крови [6].

ВА Восстановлен. пульса в периферии. Рост АД в периферии Рмі > Рв , Рмі =сопб1 и медленный спад Рмі <Рс. Сигналы: ФПГ периферич. участка конечности. Показатели: Рв , Рс , объёмные изменения кровенаполнения (ФПГ), Твосст., СРПВ [6].

ВВ Управление венозным оттоком и артериальным притоком крови в конечность [4] Рм2.00=АД(1), путем слежения за ФПГ=СОШІ=ФПГ мах.осц; Рмі > Рс , и медленный спад РМ при непрерывном слежении за РаОО- Непрер. АД в пальцевых артериях, ВД и амплитудновременные показатели динамики изменения кровяного давления. Сигналы: РМ1 ТК, ФПГпост., ФПГперем. РМ2 Показатели: амплитудновременные показатели динамики изменения кр. давления и кровенаполнения [6].

На любом из этапов окклюзионного воздействия, под контролем объемного кровенаполнения периферических сосудов.

Распространение пульсовой волны в конечности [6] при разных уровнях Рм1 . Восстан. кровотока после перераспр еделен. крови между артер. и венозн. сосудами.

Окклюзионная манжета М1 охватывает плечо и воздействует на одноименные артерию и вену, изменяя периферические сопротивления Ям и Яві соответственно артерий и вен в области окклюзии. Сопротивления Ям и Яві препятствуют артериальному и венозному кровотоку дА и Qв. Манжета М2 охватывает периферические кровеносные сосуды в области пальцевой фаланги одного из пальцев той же руки, воздействуя на его артерии и вены. В качестве сигналов биологической обратной связи в ИАДі используются тоны Короткова (ТК), снимаемые датчиком ТК в области дистального края плечевой манжеты. В ИАД2 используется сигнал фотоплетизмограммы ФПГ с датчика в области компрессируемого участка второй фаланги пальца той же руки и отражающий объемное кровенаполнение его сосудов. Измеряе-

мыми параметрами в системе являются величины АД в плечевой артерии и непрерывный сигнал РаОО в пальцевых артериях. Представленный измерительный комплекс для исследований АД, объединённый с сосудистой системой конечности является биотехнической системой медицинского назначения (БТС-М) [1]. Она может быть описана в терминах входных и выходных параметров и факторов внешнего воздействия, оказывающих влияние на передаточные функции составных частей. К числу входных параметров целесообразно отнести изменяющиеся во времени физиологические параметры РаОО и объемную скорость артериального кровотока 0а(1), поступающего из аорты. Выходными параметрами представляются физиологические параметры РвОО и возвращаемый из конечности в полую вену венозный кровоток Ов^). Окклюзионные воздействия Рм1(1) и Рм2(0, задаваемые измерителями ИАД1 и ИАД2, являются внешними воздействующими факторами. Они прямо влияют на условия и процессы кровообращения в конечности, вызывая ответную сосудистую реакцию. Воздействия создаются на артериальный приток ОаОО, являющийся входным параметром, и венозный отток ОвО Регистрируемая реакция на воздействия представляется в виде переходных кинетических процессов изменения РаОО и Рв(г) в конечности и суммарного кровенаполнения артериальных Уа и венозных Ув сосудов (У^ = Уа + Ув) В рамках составленной модели можно представить многие действующие физиологические явления и возможные состояния и анализировать условия гемодинамики при измерениях АД в конечности.

К основным процессам, которые можно анализировать, используя представленную выше биофизическую модель можно отнести: ограничение оттока венозной крови при уровне давления Рм1 < Рд (процесс ОВ); это ограничение не оказывает значимого препятствия условию притока артериальной крови в конечность; существенное ограничение притока артериальной крови при уровне окклюзии Рд < Рм1 < Рс (процесс ОА); при этом искажается форма артериальной волны давления; полное прекращение кровоснабжения и кровообращения конечности при Рм1>Рс (процесс О); восстановление артериального притока, после остановки кровоснабжения конечности (процесс ВА); восстановление венозного оттока, после остановки кровоснабжения конечности (процесс ВВ). В табл. включены данные об этих процессах и условии их проявления при окклюзионных исследованиях АД.

Биофизическая модель позволяет проводить качественный анализ объемного перераспределения крови и при нормальном кровообращении, и при патологическим состоянии в различных по уровню давления и функции кровеносных сосудах. К ним можно отнести варикозное расширение вен, нарушение однородности или склеротическое состояние стенки артериальных сосудов и др. Данные [4-7] подтверждают результаты рассмотрения процессов по предложенной биофизической модели. При этом показатели модельных переходных процессов перераспределения крови в верхней конечности совпадают с феноменологическими показателями констант времени переходных процессов при различных состояниях стенки кровеносных сосудов [6].

Биофизическая модель полезна при проектировании алгоритмов, расширяющих функциональные возможности методов исследования, для получения физиологических данных [4-7]. Это дает перспективу развития медицинской техники, предназначенной для исследований АД и гемодинамических процессов в организме в целом и физиологических механизмов их регуляции.

Литература

1. Ахутин ВМ. и др. Биотехнические системы./Под ред.

B.М. Ахутина.- Л.: ЛГУ. - 1981. - 181 с.

2. ЧащинА.В. // Известия СПбГЭТУ.- 2005.- вып. 1.- С 82.

3. Чащин А.В. // Мат-лы 60-й научно-техн. конф. СПбНТО-РЭС.- 2005.- С.222-224.

4. Чащин А.В. // Известия СПбГЭТУ.- 2005.- Вып. 2.-

C. 110-116.

5. Эман А.А. Биофизические основы измерения артериального давления.- м.: медицина, 1983.

6. Ахутин ВМ. и др. // Мед. техника.- 1991.- №1.- С.7-10.

7. А.В. Чащин. // Мат-лы III научно-практ. конф. Аппаратура и методы медицинского контроля и функциональной диагностики состояния человека в экстремальных условиях.- 2005, СПб.- С. 85-87.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.