Научная статья на тему 'Спектральное представление реакции организма в функциональных пробах окклюзионного давления на ткани'

Спектральное представление реакции организма в функциональных пробах окклюзионного давления на ткани Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

CC BY
172
42
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТКАНЬ / ОККЛЮЗИВНОЕ ДАВЛЕНИЕ / TISSUE / OCCLUSIVE PRESSURE

Аннотация научной статьи по медицинским технологиям, автор научной работы — Чащин А. В.

Представлено теоретическое обоснование и результаты экспериментальных данных по реализации метода функциональных проб, основанных на окклюзионном действии на систему тканей плечевой области. Анализ, проведённый методом спектрального представления объемно-переменных процессов реакции тканей, показывает его эффективность для целей разделения ответственных систем в общей реакции.

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

Spectral Representation of Organism Reaction in Functional Probes of Occlusive Pressure on Tissues

The theoretical substantiation and results of experimental data on realization of a method of the functional tests based on occlusive action on brachial area tissues system are submitted. The analysis which has been carried out by a method of spectral representation of volumechanging processes of tissues reaction shows its efficiency for the purposes of division of responsible tissues in the common reaction.

Текст научной работы на тему «Спектральное представление реакции организма в функциональных пробах окклюзионного давления на ткани»

УДК 615.471:612.143

А. В. Чащин

СПЕКТРАЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА В ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОБАХ ОККЛЮЗИОННОГО ДАВЛЕНИЯ НА

ТКАНИ

Среди методов исследований состояния организма важное место занимают функциональные пробы (ФП), направленно провоцирующие ответные реакции. К ним относятся и современные разработки ФП на основе окклюзионных методов измерения АД [1 - 3]. Используется тот факт, что измерительная процедура несомненно влияет на течение процессов в организме. В модифицированном алгоритме процедуры измерения окклюзионные воздействия (ОВ) используются как ФП, и при этом создаётся новое качество - в ходе измерений дополнительно исследуются реакции на такой вид вмешательства. Так в измерительных процессах [3] создаётся внешнее давление на систему взаимосвязанных тканей верхней конечности и анализируется отклик.

В схематическом описании процессов [2] выделяется несколько участков сосудистой системы конечности, воспринимающих ОВ, и представляются способы съема и регистрации реакции техническими средствами (рис. 1).

Участок 1 в верхней трети плеча, примыкающий к проксимальному краю окклюзионной манжеты М1, а с другой стороны - сохраняющий связь с магистральными сосудами (МС). Здесь происходит ряд связанных биофизических явлений, из-за окклюзионного вмешательства измерительной процедуры в гемодинамику:

- повышается объем У1а кровенаполнения артериального бассейна, из-за снижения проходимости ва2 через артерии на участке 2 (в пространстве под манжетой);

- «опустошается» объем У1в кровенаполнения бассейна венозной крови, из-за снижения или полного прекращения оттока венозной крови из-под манжеты;

- возвращается избыточная артериальная кровь через артериовенозные анастомозы участка 1 (С!ав1).

не иЧ

ч ' р'

1*

ОСЦИЛЛОГРАММЫ ПРОЦЕССОВ

5* ж /'! : .1 К

1 ! 1 <

Рис. 1. Схема сосудистой системы конечности Важная особенность участка 1 состоит в том, что во время всей процедуры измерения АД сосуды этой области не пережимаются и неразрывно связаны через МС с сосудистой системой сердца и внутренних органов (СССиВО). Однако здесь меняется характер кровообращения. В начале ОВ с каждым сердечным сокращением, возрастает объем артериальной крови и артериовенозная разница давлений, и посредством артериовенозных анастомозов обеспечивается возврат крови в полую вену. Это относится к части артериальной крови, не проникающей в дистальные участки конечности, из-за препятствия кровотоку давлением манжеты (Рм1).

Участок 2 - зона непосредственного механического действия манжетой Мі на ткани плечевой области конечности, включая кровеносные сосуды. Здесь так же, как и на участке 1, меняется кровенаполнение артериальных и венозных сосудов У2а и У^ и оно зависит от уровня ОВ. В зависимости от уровня Рм1 меняется периферическое сопротивление сосудов артериального и венозного русла, так же из-за искусственного препятствия кровотоку. С повышением давления Рм1 уменьшается кровенаполнение сосудов. При Рм1 > РС, где РС -систолическое давление, кровь полностью вытесняется из сосудов, и артериальный и венозный кровоток прекращаются. Процесс П1 (рис. 1) измерения АД на этом участке методом Короткова позволяет совместно с определением показателей АД регистрировать сигналы тонов Короткова (ТК), связанные с тонусом кровеносных сосудов.

Г емодинамические процессы в сосудах на участке 3, ниже дистального края ОВ манжетой, описаны в работах [1, 2]. ОВ влияют на процессы и в этой области и приводят: к прекращению венозного оттока крови из конечности; дефициту артериального притока; выравниванию артериального, венозного давления и давления в сети капиллярных сосудов; перераспределению крови между сосудами высокого и низкого давления и депонированию крови в сосудах емкостного типа (с существенно растяжимой стенкой). Гемодинамика и процессы П2 на участке 3 могут контролироваться путём непрерывной регистрации АД манжетой М2 [4].

Изменение кровообращения в СССиВО в ответ на ОВ на плечо представляет интерес с точки зрения происходящих процессов П3 реакции организма. Они могут проявляться по кардиоритмографическим регистрациям ЯЯ-интервалов (тж).

Значительное число происходящих в тканях организма процессов периодические и во многом предопределены работой сердца и других внутренних органов. Внешние же воздействия, оказывая влияние на состояние кровообращения организма и работу органов, проявляются, прежде всего, в ответной реакции. Закономерно ожидать, что они отражаются и на характере повторения протекающих процессов и отличаются от процессов, происходящих без оказания внешних воздействий. Для их проявления необходим выбор методов регистрации и обработки результатов, применительно к изучению процессов, вызванных окклюзией мягких тканей и сосудов верхней конечности. Важно, что описанные процессы происходят под контролем со стороны нервной системы как на уровне местной регуляции, так и из-за сохранения нервной связи с центральной нервной системой.

Разобщение тканей и проявление гемодинамических процессов при ОВ. К числу эффективных методов, проявляющих периодические временные процессы и волновые процессы в пространстве тканей являются методы спектрального преобразования и представления результатов анализа в частотной области. Это позволяет выделять основные частотные компоненты периодических процессов и определять относительный вклад управляющих биофизических механизмов или внешних факторов, отвечающих за их проявление. Для использования преимуществ аппарата спектральных исследований примем два принципиальных решения:

- искусственный механизм разобщения единства тканей дистально и проксимально расположенных относительно плечевой окклюзионной манжеты при ОВ;

- управление окклюзией с учётом создания определенных условий протекания процессов в разных сосудах (лимфатических, капиллярных, венозных, артериальных) и влияющих на объем заполнения жидкостью межклеточного пространства. Направленно задавая уровень Рм1, можно с разной степенью управлять окклюзией тканей и, главное, последовательностью их исключения из общего вклада. Исходное давление Рм1 в таком исследовании задаётся так, чтобы последовательно сжимались лимфатические, капиллярные, венозные и артериальные сосуды плеча.

Исследования, проводимые по второму варианту, позволяют, сохраняя контроль внешнего давления на сосуды и мягкие ткани плечевой области, регистрировать реакцию

их объемного изменения. При этом воздействие характеризуется создаваемым давлением, реакция - изменением давления, вызванным объемными изменениями в сосудах и мягких тканях в ответ на воздействие.

Для регистрации и наблюдения на экране монитора компьютера процессов изменения сигнала Рм1 использовалась программа «Measurement and Automation Explorer» (National Instruments). Обработка результатов проводилась средствами программного пакета MatLab 6.5, по алгоритму быстрого преобразования Фурье (БПФ), с разрешением 4096 отсчётов. Дискретизация сигналов для их передачи в персональный компьютер производилась 16разрядным аналого-цифровым преобразователем DAQCard-6036E (National Instruments), устанавливаемым в порт PCMCIA компьютера, через соединяемый с ним блок согласующего преобразования сигналов «SCB-68». В качестве преобразователя давления использовался преобразователь MPX-5050DP (Motorolla). Частоту опроса регистрируемых сигналов устанавливали равной 100 Гц.

Экспериментальные результаты и обсуждение. Для исследования периодичности волновых процессов в сосудах и других мягких тканях плеча, в последовательной серии установочных экспериментов, в манжете задавались уровни давления, выбираемые из диапазона Р= 3-120 мм рт.ст. Оставляя PM1 постоянным на каждой ступени ОВ в течение не менее Змин, регистрировалась ответная реакция тканей. Повышение давления на сосуды и мягкие ткани инициировало соответствующее изменение их объема, в ответ на ОВ. Изменение объема тканей в пространстве под манжетой передавалось в виде давления на неё же и создавало соответствующие регистрируемые изменения давления в манжете.

На рис. 2 приведены примеры спектрограмм плотности мощности (СПМ) переменной составляющей сигнала Рм1 при трёх постоянных уровнях ОВ. Оцифрованные отметки на вертикальных осях - значения СПМ, мм рт.ст 2/Гц, на горизонтальных - частота, Гц.

При всех уровнях внешнего давления на ткани плечевой области в спектрах по-разному проявляются пики высокочастотной (в диапазоне 1,2-1,4 Гц) и низкочастотной (ниже 0,6 Гц) составляющих, которые отражают динамику объемных изменений быстрых и медленных волновых процессов, выделенных в реакции сосудов и мягких тканей. Очевидно, высокочастотные пик и его полоса частот связаны с пульсирующим характером работы кровеносных сосудов в области под манжетой и вариабельностью частоты сердечных сокращений. Они соответствуют определенным в независимом электрокардиографическом исследовании частоте пульса и диапазону его изменения. Низкочастотные же компоненты спектра, вероятно, связаны с проявлением медленных волновых процессов в сосудах и мягких тканях плеча, обусловлены модулирующим действием дыхательных волн, возможным проявлением волн более высокого порядка (Траубе-Геринга-Майера, их гармониками, отражением и суперпозицией волн) и другими физиологическими механизмами действия.

Из спектрограмм на рис. 2 видно, что при разных уровнях давления в манжете (при переходе от 5 до 60 мм рт. ст.) проявляется подавление низкочастотных спектральных составляющих процессов в тканях плеча, в сравнении с высокочастотным пиком. Это объясняется превышением окклюзионного давления уровня, при котором активность структур, участвующих в медленноволновых процессах, прекращается из-за полной окклюзии соот-

Рис.2 Спектрограммы плотности мощности

ветствующих сосудов. В спектрограммах видно изменение абсолютных значений уровней пиков и соотношений между ними. Во всех случаях проведенных исследований (30 человек) регистрируемые низкочастотные процессы соответствовали частотному диапазону волн (6-14) /мин., разброс которых объясняется индивидуальными особенностями пациентов. Отмеченные факты можно интерпретировать разным вкладом в общую ответную реакцию разных тканей плечевой области на ОВ и проявлением различных механизмов действия ответной реакции при разных уровнях внешнего давления.

Выводы. Представленные материалы и результаты показывают принципиальную возможность проведения исследований состояния организма, связанного с объемными изменениями в тканях и сосудах плечевой области, возможность разделения регистрируемых процессов путём создания разных уровней давления на ткани и выделения характерных медленно и быстро происходящих процессов в тканях методами спектрального преобразования. Результаты исследований можно характеризовать: частотами пиков, полосами частот, включающих эти пики, абсолютными значениями амплитуд пиков, их соотношением и другими спектральными показателями.

Автор благодарит профессора Е.П. Попечителева за помощь в работе.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Попечителев Е.П. Исследование процессов периферического кровообращения верхней конечности / Е. П. Попечителев, А. В.Чащин // Вестник новых медицинских технологий. Тула. - 2006. - Вып.1. - С. 20-24.

2. Попечителев Е.П. Моделирование гемодинамических процессов в верхней конечности при измерениях артериального давления окклюзионными методами / Е. П. Попечителев, А. В. Чащин // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. - М. - 2006.

- №1. - С. 7-15.

3. Чащин А.В. Комплексное решение вопросов исследования состояния гемодинамики устройствами измерения артериального давления // Материалы III научно-практической конференции "Аппаратура и методы медицинского контроля и функциональной диагностики состояния человека в экстремальных условиях". - СПб, - 2005. - С. 88-90.

4. Рenaz. J. //In Dig.10th Int. Conf. Med.Biol. Engl. - Drezden. - 1973. - Р.104.

УДК 612.76

Е.А. Лебедева

ПРЕДОПЕРАЦИОННОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ СТРУКТУР БРЮШНОЙ СТЕНКИ В ГЕРНИОЛОГИИ

Герниология - раздел хирургии, изучающий этиологию, патогенез и локализацию грыж живота и разрабатывающий методы их лечения и профилактики. Проблема лечения грыж брюшной стенки до сих пор привлекает внимание хирургов всего мира. Это можно объяснить большой распространенностью данной патологии и частичной неудовлетворенностью результатами операций, а также отмечаемой в последнее время тенденцией к росту заболеваемости грыжами. Это обусловлено увеличением числа людей пожилого и старческого возраста с присущими им хроническими заболеваниями органов дыхания и кровообращения, мочевыводящей системы, а также болезнями обмена веществ (ожирение, сахарный диабет), что способствует расхождению фасциального футляра мышц передней брюшной стенки. С другой стороны, увеличение количества оперативных вмешательств на органах брюшной полости уже само по себе привело к большому количеству грыж в

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.