CC BY
41
УДК 616-089-083.98:612.339
НЕИНВАЗИВНЫЙ СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРИБРЮШНОГО ДАВЛЕНИЯ
Касумьян А.С.1, Соколовский С.С.2
Научные руководители: д.м.н. профессор Лелянов А.Д.1, к.ф-м.н. Штоцкий Ю.В.2
1 Смоленский государственный медицинский университет, Россия, 214019, Смоленск, ул. Крупской, 28. artemkas303@gmail.com - Касумьян Артем Сергеевич
2НИЯУ «МИФИ», Инженерно-физический институт биомедицины, Москва, 115409, Каширское шоссе, 31.
Резюме. Выполнена экспериментальная работа по моделированию внутрибрюшного давления. Исследованы изменения формы фотоплетизмограммы конечностей от напряжения брюшной стенки и установлена их взаимосвязь. Показано, что фотоплетизмография может служить неинвазивным индикатором изменения ВБД.
Ключевые слова: напряжение брюшной стенки, внутрибрюшное давление, фотоплетизмограмма.
NONINVASIVE WAY OF INTRA-ABDOMINAL PRESSURE CHANGE REGISTRATION
1 • 2 Kasumyan A.S. , Sokolovskiy S.S.
Scientific superviswer - professor Leljanov A.D.1, Doctor of Medicine; Shtotsky Yu.V,2 Candidate of Physico-Mathematical Sciences
1 Smolensk State Medical University, Russia, 214019, Smolensk, Krupskoy St., 28.
о
National Research Nuclear University «MEPHI», Russia, 115409, Moscow, Kashirskoe shosse, 31. Summary. Experimental work on the modelling of intra-abdominal pressure was carried out. Shape changes of limbs photoplethysmographic waveform from the abdominal wall tension and their relationship were investigated. It is shown that photoplethysmography can serve as a noninvasive indicator of changes in intra-abdominal pressure.
Key words: abdominal wall tension, intra-abdominal pressure, photoplethysmography.
Введение. В последние два десятилетия патологическое повышение внутрибрюшного давления (ВБД) у больных, находящихся в критическом состоянии, всё больше привлекает внимание исследователей [1, 2, 3]. В клинико-экспериментальных работах,
преимущественно зарубежных авторов, установлена важная роль повышения ВБД, клинические проявления которого принято называть синдромом интраабдоминальной гипертензии [11]. Развитие
интраабдоминальной гипертензии (ИАГ) с повышением давления более 15 мм рт. ст. сопровождается нарушениями
кровообращения органов брюшной и плевральной полостей, забрюшинного пространства, что может привести к повреждению микроциркуляторного русла органов жизнеобеспечения с последующим нарушением их функций вплоть до полного угасания и возникновению синдрома полиорганной недостаточности [12, 13].
В клинической практике наиболее часто используется инвазивный непрямой метод измерения ВБД путём определения давления в мочевом пузыре, предложенный I. Кгоп и соавторами [10]. Поиск неинвазивных методов мониторинга ВБД побудил нас к проведению данного исследования.
Развитию ИАГ способствует ригидность брюшной стенки, что приводит к сокращению свободного объёма брюшной полости. Вместе с этим, нарастание ВБД сопровождается изменениями кровотока в сосудах конечностей [8]. Учитывая этот факт, представляет интерес установления взаимосвязи между изменениями
периферического кровообращения и динамикой интраабдоминального давления (ИАД).
Оптимальная методика адекватной оценки состояния периферического кровотока должна соответствовать ряду требований: неинвазивность, простота,
надёжность, воспроизводимость,
возможность получения экспресс-результата [6]. Одной из методик, обладающей перечисленными выше качествами, является фотоплетизмография [9].
Фотоплетизмограмма (ФПГ),
регистрируемая при фотоплетизмографии, является суперпозицией переменной составляющей, связанной с изменением объёма крови в ткани синхронно с сердцебиением и медленно меняющейся составляющей, связанной с дыханием. Форма объёмной пульсовой волны формируется в результате взаимодействия между левым желудочком и сосудами большого круга кровообращения. Первый пик пульсовой волны образуется благодаря систолической прямой волне, а второй благодаря отраженной волне, которая возникает из-за отражения объема крови, передающегося по аорте и крупным магистральным артериям к конечностям и направляющегося обратно (в диастолу) в восходящий отдел аорты [4].
Результаты исследований
показывают, что интенсивность отражения может характеризовать функциональное состояние и структурные изменения периферического сосудистого русла [7].
Целью настоящей работы явилось исследование формы пульсовой волны в сосудах дистальной фланги второго пальца руки при сокращении мышц брюшной стенки с последующим повышением ВБД, используя метод фотоплетизмографии.
Методика. После получения информированного согласия в исследовании приняли участие 23 здоровых добровольца мужского пола в возрасте от 20 до 26 лет. Для регистрации ФПГ использовали серийно выпускаемый ОЕМ модуль фирмы «КАРДЭКС», обеспечивающий
возможность его подключения к персональному компьютеру (ПК). Программное обеспечение адаптировалось нами для целей исследования и позволяло производить сохранение ФПГ на ПК для их последующей обработки.
На мезогастральную область устанавливали полимерную ёмкость объёмом 8 л, которую наполняли водой до получения необходимого напряжения брюшной стенки (НБС). Мышечное НБС поддерживали на уровне 2 Н/мм, контролируя с помощью портативного тензометра ТП-01 разработанного ЗАО НПП «Циклон-Прибор». Принимали во внимание, что при этом уровне НБС возникает ВБД в пределах 12-15 мм рт. ст. [14].
Эксперименты проводили при температуре окружающего воздуха 22±1 °С. Запись ФПГ выполняли последовательно с дистальной фаланги второго пальца левой руки до установления груза и после развития мышечного НБС. Интервал каждой записи составлял 2 минуты. Из исследования были исключены ФПГ не пригодные для обработки из-за выраженных артефактов непроизвольного движения пациента.
Сравнительный анализ полученных ФПГ был выполнен с использованием методов спектрального анализа в Matlab. Для статистической обработки данных применялась программа Statistics 17.0. Результаты представлены в виде средней величины с учетом стандартного отклонения (M±STD). Значимость различий оценивалась по U-критерию Манна-Уитни.
Статистически значимыми считали отличия при p<0,05.
Результаты исследования и их обсуждение. Анализ полученных ФПГ показал, что в основном их спектральный состав содержит хорошо выделяемый пик, соответствующий частоте сердечных сокращений fl, и пик на частоте порядка f2, соответствующий отражённой волне. Для оценки различия в энергии пульсации между различными частотами нами
рассматривалась нормированная
спектральная плотность ФПГ.
На рисунках 1 и 2 представлены для сравнения результаты, полученные в одной из серии экспериментов. В обоих спектрах наблюдается пик на частоте fl около 1 Гц и пик на частоте f2 около 2 Гц,
соответствующий отражённой волне. При второго пика значительно отличается от
напряжении брюшной стенки амплитуда состояния покоя.
1
0.8 0.6
)
0.4 0.2
Щ1
П1
и
30
а)
х Г 1
X 2 075 Л Л
1 __
0123456789 10
б) f, Гц
Рис. 1. Фотоплетизмограмма дистальных отделов верхних конечностей в покое (а) и её
нормированная спектральная плотность (б)
20
О 10 £ 0
1
0.8 0.6 0.4 0.2
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1 с
а)
X: 1.057 У: 0.9139 ■ X: 2.113 X 1 У: 1
1
5 б)
9 10
^ Гц
Рис. 2. Фотоплетизмограмма дистальных отделов верхних конечностей при напряжении брюшной стенки на уровне 2 Н/мм (а) и её нормированная спектральная плотность (б)
Для количественной оценки изменения формы кривой ФПГ нами установлен коэффициент Кп, который
определяли, как отношение интегралов спектральных плотностей £ около двух основных частот и /2:
0
20
40
50
1, с
0
0
2
3
4
6
7
8
В формуле фигурируют граничные частоты в пределах интервала А/, которые устанавливали на основании рекомендаций
[5].
Результаты обработки ФПГ с использованием коэффициента Кп в серии экспериментов представлены на рисунке 3.
Рис. 3. Зависимость коэффициента Кп от мышечного НБС
Таким образом, НБС приводит к изменению формы ФПГ, что проявляется в отчётливом увеличении дикротического зубца и, соответственно, коэффициента Кп (р<0,05). По характеру этого изменения появляется возможность объективно судить об изменении ВБД.
Полученные результаты могут служить мотивацией для дальнейшего развития исследований в данном направлении.
Выводы
1. В работе впервые установлена взаимосвязь между внутрибрюшным давлением и формой пульсовой волны в микроциркуляторном русле верхних конечностей, которая проявляется в увеличении дикротического зубца при увеличении напряжения брюшной стенки.
2. Для количественной оценки изменений в форме кривой фотоплетизмограммы предложен коэффициент отношения спектральных плотностей на двух частотах: частоте сердечного ритма и её удвоенной частоте.
3. В большинстве случаев наибольший интерес представляет не величина внутрибрюшного давления, а его динамика, поэтому простота и универсальность предложенной методики неинвазивной
оценки изменения внутрибрюшного давления создают предпосылки для ее внедрения в клиническую практику.
Литература
1. Абакумов М.М., Смоляр А.Н. Значение синдрома высокого внутрибрюшного давления в хирургической практике (обзор литературы). // Хирургия. - 2003. - №12. - С. 60-72.
2. Гаин Ю.М., Алексеев С.А., Богдан В.Г. Оценка выраженности синдрома абдоминальной компрессии и прогноз при острой хирургической патологии органов брюшной полости, осложненной абдоминальным сепсисом. // Белорусский. мед. журнал. - 2004. - № 4. - С. 45-49.
3. Гельфанд Б.Р., Проценко Д.Н, Чубченко С.В. и соавт. Синдром интраабдоминальной гипертензии у хирургических больных: Состояние проблемы в 2007 г. // Инфекции в хирургии. - 2007. - № 3. - С. 20-29.
4. Крупаткин А.И., Сидоров В.В. Лазерная доплеровская флоуметрия микроциркуляции крови: руководство для врачей. - M.: Медицина, 2005. - 256 с.
5. Мизева И.А., Думлер А.А., Муравьев Н.Г. Особенности пульсовой волны при хронической артериальной недостаточности нижних конечностей. // Российский журнал биомеханики. - 2012. - Т. 16. - С. 83-94.
6. Рогоза А.Н., Балахонова Т.В. Современные методы оценки состояния сосудов у больных артериальной гипертонией. - М.: Атмосфера, 2008. - 72 с.
7. Савельев В.С., Кошкин В.М. Критическая система нижних конечностей. - М.: Медицина, 1997. - 160 c.
8. Тимербулатов В.М., Гареев Р.Н. и соавт. Динамика скоростных показателей кровотока в бедренных венах и их диаметра в зависимости от уровня давления в брюшной полости: практическое применение. // Инфекция в хирургии. - 2015. - № 2. - С. 22-25.
9. Allen J. Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement. // Physiological Measurement. - 2007. - V.28. - P. 1-39.
10. Krom I.L., Harman P.K., Nolan I.P. The measurement of intraabdominal pressure as a criterion for abdominal re-exploration. // Ann. Surg. - 1984. - V.199. - P. 28-30.
11. Malbrain M.L., Cheatham M.L. Definitions and pathophysiological implications of intraabdominal hypertensions and abdominal compartment syndrome. // Ann. Surg. - 2011. - V.77. -P. 86-111.
12. Obeid F., Saba A., Fath I. et. al. Increases in intra-abdominal pressure affect pulmonary compliance. // Arch. Surg. - 1995. - V. 130. - P. 544-548.
13. Shear W., Rosher M.H. Acute kidney disfunction secondary to the abdominal compartment syndrome.// J Nephrol. - 2006. - V.19. - P. 556-565.
14. Yuan-zhuo Chen, Shu-ying Yan et. al. Noninvasive monitoring of intra-abdominal pressure by measuring abdominal wall tension. // World J Emerg Med. - 2015. - N2. - Р. 137-141.
