CC BY
24
миогенному, нейрогенному и эндотелиальному пути. Полученные результаты согласуются с результатами других исследователей, которые при исследовании ФПГ сигналов придерживаются границ частотных интервалов, принятых для кожной микрогемодинамики
[3, 4].
Анализ фазовой скоррелированности колебаний скорости кожного кровотока предплечья и кровенаполнения подушечки пальца с ВСР показал следующее. Как для скорости кожного кровотока, так и для кровенаполнения наблюдается фазовая синхронизация на частотах эндотелиальной (~ 0.01 Гц) и миогенной (~ 0.1 Гц) активности. На частоте респираторного ритма (~ 0.3 Гц) выявлена высокая фазовая синхронизация между ВСР и колебаниями кровенаполнения подушечки пальца, и низкая фазовая синхронизация между ВСР и колебаниями скорости кожного кровотока предплечья. Аналогичные результаты получены и для фазовой синхронизации между колебаниями скорости кожного кровотока и кровенаполнения подушечки пальца с дыхательным ритмом. Выявлена высокая фазовая синхронизация между дыхательным ритмом и колебаниями кровенаполнения подушечки пальца, и низкая фазовая синхронизация - для микроциркуляторных колебаний кожи предплечья. Наблюдаемые нами различия в фазовой синхронизации колебаний скорости кожного кровотока и кровенаполнения с ВСР и дыхательным ритмом на частоте респираторного ритма (~ 0.3 Гц) могут быть обусловлены тем, что в фотоплетизмограммах дыхательные колебания, которые, в основном, проявляются в венулярном отделе сердечнососудистого русла, выражены в большей степени, чем в ЛДФ-граммах. Однако, данное предположение требует проведения дополнительных исследований.
Заключение. Выявленные различия в фазовой синхронизации колебаний скорости кожного кровотока и кровенаполнения, как с ВСР, так и с ритмом дыхания могут послужить основой для новых диагностических критериев оценки состояния сердечно-сосудистой системы при сосудистых патологиях.
Работа поддержана Российским Фондом Фундаментальных Исследований (грант РФФИ № 18-015-00292).
ЛИТЕРАТУРА
1. Танканаг А.В. и др. Фазовая синхронизация колебаний кожного кровотока человека при асимметричном локальном нагреве // Биофизика. - 2017. - Т. 62 (4) . - С. 769-776.
2. Bandrivskyy A. et al. Wavelet phase coherence analysis: application to skin temperature and blood flow // Cardiovasc. Eng. - 2004. - V. 4. - P.89-93.
3. Mizeva I. et al. Quantifying the correlation between photoplethysmography and laser Doppler flowmetry microvascular low - frequency oscillations // Journal of Biomedical Optics. - 2015. - V. 20(3). - Р. 037007.
4. Sagaidachnyi A.A. et al. Determination of the amplitude and phase relationships between oscillations in skin temperature and photoplethysmography-measured blood flow in fingertips // Physiol Meas. - 2014. - V. 35(2). - P. 153-166.
5. Tankanag A.V. et al. Wavelet phase coherence analysis of the skin blood flow oscillations in human // Microvasc. Res. - 2014. - V. 95. - P. 53-59.
УДК 611.16
ТЕЛЕМОНИТОРИНГ - НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ НЕИНВАЗИВНОЙ ОЦЕНКИ
МИКРОЦИРКУЛЯТОРНОГО КРОВОТОКА У ЧЕЛОВЕКА
12 1 Федорович А.А. ' , Драпкина О.М.
1 - ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр профилактической
медицины» Минздрава России, Москва
2 - ФГБУН ГНЦРФ «Институт медико-биологических проблем» РАН, Москва
E-mail: [email protected]
Резюме
Разработан новый метод оценки кожной микроциркуляции, основанный на анализе видеофрагментов кожной перфузии, зарегистрированных с помощью обычной вэб-камеры (смартфон, планшет и другие). Телемониторинг позволяет оценивать характер кровотока в переходном отделе капилляров кожи. Простота и доступность телемониторинга капиллярного кровотока в коже человека делает его очень перспективным инструментом для персонифициорованного подхода к лечению пациентов и телемедицинскому контролю его эффективности при самых различных патологических состояниях.
Ключевые слова: микроциркуляция, вазомоции, капилляры, телемониторинг капиллярного кровотока
TELEMONITORING - NEW OPPORTUNITIES OF NON-INVASIVE EVALUATION OF
A MICROCIRCULATION IN HUMAN
17 1
Fedorovich A.A. ' , Drapkina O.M.
1 - Federal State Institution, National Medical Research Center for Preventive Medicine of the
Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Moscow 2 - State Scientific Center of Russia, Institute of Biomedical Problems of the Russian Academy of
Sciences, Moscow
Abstract
A new method of assessing skin microcirculation has been developed, based on the analysis of video fragments of skin perfusion recorded using a conventional web camera (smartphone, tablet, and others). Telemonitoring allows you to assess the nature of blood flow in the transitional section of skin capillaries. The simplicity and accessibility of telemonitoring capillary blood flow in human skin makes it a very promising tool for a personalized approach to treating patients and telemedicine monitoring its effectiveness in a wide variety of pathological conditions.
Key words: microcirculation, vasomotions, capillaries, telemonitoring of capillary blood
flow
На протяжении всего ХХ века неинвазивные методы исследования микроциркуляции у человека постоянно совершенствовались. В последние 2-3 десятилетия, благодаря бурному развитию компьютерных технологий и программного обеспечения к ним, появился целый ряд перспективных методов исследования (компьютерная капилляроскопия, лазерная допплеровская флоуметрия, лазерная спекл визуализация, высокочастотная ультразвуковая допплерография, фотоплетизмография, инфракрасная спектроскопия, тепловизионное сканирование и др.), которые позволяют неинвазивно оценивать различные структурные и функциональные аспекты системы микроциркуляции человека.
Благодаря своей доступности, основными объектами для изучения МЦР у человека являются слизистая оболочка ротовой полости, глаза (глазное дно и бульбарная конъюнктива) и кожа. Наиболее удобным объектом является кожа, что позволило уже в первой трети ХХ века измерить скорость кровотока (A.Basler 1919) и уровень гидростатического давления (E.M.Landis 1930) в капиллярах кожи человека. Большим преимуществом кожи, как объекта для исследований микроциркуляции у человека, является то, что в ней представлены практически все механизмы регуляции микроциркуляторных процессов (нейрогенные симпатические и ноцицептивные, гуморальные, местные и др.) и отражаются не только местные, но и большинство системных процессов как в норме, так и при патологии [1,2]. Еще одним неоспоримым достоинством кожи является возможность выполнения самого широкого спектра различных функциональных и фармакологических тестов.
Как показали исследования, давление в капиллярах кожи ногтевого ложа носит пульсирующий характер, а форма капиллярной пульсовой волны практически идентична по форме волне в лучевой артерии, и отличается от последней только амплитудой. Выделяют несколько характерных форм изменения давления. Прежде всего, это пульсовые колебания с
С М О Л Е Н С К И Й М Е Д И Ц И Н С К И Й А Л Ь М А Н А Х
2 0 1 8, № 4
I 87
амплитудой давления в среднем 1-2 мм рт.ст. При расслаблении капиллярного сфинктера амплитуда пульсовых колебаний увеличивается примерно вдвое. Вторая форма -нерегулярные изменения давления длительностью в среднем 15-20 секунд в пределах 3-5 мм рт.ст. Изменения давления третьего типа являются более значительными (до 10 мм рт.ст.) и продолжительными (5-8 минут) [3]. В результате этого в капиллярах кожи отмечаются колебания давления от 14 до 71 мм рт.ст. в артериальном отделе капилляра и от 11 до 52 мм рт.ст. в венозном [4]. Минимальные изменения пульсового давления приводят к заметным изменениям скорости капиллярного кровотока (СКК), причем между амплитудой пульсовых колебаний давления и СКК отмечается высокая (R2=0,81) корреляционная взаимосвязь [5].
В 2017 году Российскими учеными создан уникальный программный продукт, который позволяет оценивать характер капиллярного кровотока в любых участках тела человека по результатам анализа видеофрагментов, зарегистрированных с поверхности кожи с помощью стандартной (компьютер, планшет, смартфон и др.) веб-камеры. В основе метода лежит анализ изменений контрастности пикселей в зависимости от интенсивности кровотока в капиллярах кожи. Учитывая ангиоархитектонику МЦР кожи, получаемая информация отражает кровоток в переходных отделах капилляров, которые расположены непосредственно у самой поверхности кожи и являются противоположным сердцу «полюсом» большого круга кровообращения, где и происходят все обменные процессы.
При анализе видеофрагментов длительностью от трех минут и более отчетливо прослеживается колебательный кожной перфузии с характерными вазомоциями эндотелиального, нейрогенного и миогенного генеза, а также респираторно связанные и пульсовые колебания. Это позволяет получать информацию не только о функциональном состоянии резистивного звена сосудистого русла, но и оценивать вариабельность сердечного ритма.
Благодаря своей простоте и доступности, телемониторинг капиллярного кровотока позволяет взять под круглосуточное дистанционное диспансерное наблюдение любого гражданина Российской Федерации независимо от его местонахождения. Такой подход, помимо более широкого охвата населения, позволит выявлять заболевания на ранней стадии развития, когда шансы на полное выздоровление самые высокие, а у врача есть широкий арсенал различных способов и средств, способствующих обратному развитию патологического процесса. Кроме соответствия основным принципам персонифицированной медицины, способ телеметрического контроля, используя интернет технологии, позволяет передавать готовые отчеты и/или исходные видеофайлы для удаленного анализа, что отвечает критериям, которые предъявляются для телемедицинских технологий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Arck P.C., Slominski A., Theoharides T.C. et al. Neuroimmunology of stress: skin takes center stage // Journal of Investigative Dermatology. - 2006. - V.126. - P. 1697-1704.
2. Holovatz L.A., Thompson-Torgerson C.S., Kenney W.L. The human cutaneous circulation as model of generalized microvascular function // Journal Applied Physioljgy. - 2008. - V.105. - P. 370-372.
3. Zweifach B.W. Quantitative studies of microcirculatory structure and function. II. Direct measurement of capillary pressure in splanchnic mesenteric vessels // Circulation Research. - 1974. - V.34. - P. 858-866.
4. Mahler F., Muheim M.H., Intaglietta M. et al. Blood pressure fluctuations in human nailfold capillaries // American Journal of Physiology. - 1979. - V.236, N6. - P. H888-H893.
Hahn M., Klyscz T., Jünger M. Synchronous measurements of capillary blood pressure and red blood cell velocity in capillaries of human skin // Journal of Investigative Dermatology. - 1996. -V.106, N6. - P. 1256-1259.
