CC BY
67
Ратманова Патриция Олеговна
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова.
E-mail: patricia@neurobiology.ru.
119991, г. Москва, Ленинские горы, 1, стр. 12.
Тел.: 84959395486.
Литвинова Александра Сергеевна
E-mail: litvinova@neurobiology.ru.
Евина Елена Игоревна E-mail: l_evina@list.ru.
Напалков Дмитрий Анатольевич E-mail: napalkov@neurobiology.ru.
Богданов Ринат Равилевич
Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. . . .
E-mail: rinatbo@rambler.ru.
129110, г. Москва, ул. Щепкина, 61/2.
Тел.: 84956845738. '
Ratmanova Patricia Olegovna
Lomonosov Moscow State University.
E-mail: patricia@neurobiology.ru.
1/12, Leninskie gory, Moscow, 119991, Russia.
Phone: +74959395486.
Litviniva Alexandra Sergeevna E-mail: litvinova@neurobiology.ru.
Evina Elena Igorevna
E-mail: l_evina@list.ru.
Napalkov Dmitry Anatolievich
E-mail: napalkov@neurobiology.ru.
Bogdanov Rinat Ravilevich
M.F. Vladimirsky Moscow Regional Research Clinical Institute.
E-mail: rinatbo@rambler.ru.
61/2, Shepkina street, Moscow, 129110, Russia.
Phone: +74956845738.
УДК 615.471.03:616.152.21
В.М. Сидоренко
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ ЭРИТРОЦИТОВ НА РЕЗУЛЬТАТЫ ПУЛЬСОКСИМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ОКСИГЕНАЦИИ КРОВИ
Предложен метод учета влияния эффекта дискретности эритроцитов на результаты пульсоксиметрических измерений. Проведена оценка величины влияния этого эффекта на погрешность определения значения 8р02. Показано, что погрешность определения значения Бр02 зависит от используемых в пульсоксиметре длин волн оптического
излучения и размеров эритроцитов. На основании проведенных исследований предложен способ учета рассмотренного эффекта и даны рекомендации по его использованию при измерении уровня оксигенации крови с помощью пульсоксиметров.
Пульсоксиметр; кровь; эритроцит; взвесь; дискретность.
V.M. Sidorenko
INFLUENCE OF ERYTHROCYTE SIZES ON RESULTS OF OXIGENATION LEVEL MEASUREMENTS WITH HELP OF THE PULSOXIMETER
The method of the consideration of an influence of the erythrocytes discreteness effect on results of measurements with using of pulsoximeter is offered. The estimation of this effect influencing value on the error of definition SpO2 value is conducted. It is founded, that the error of
definition SpO value depends from wavelengths of optical radiation used in the pulsoximeter
and diameters of erythrocytes. The method for measurement SpO value by the pulsoximeter with
an allowance of erythrocytes sizes is offered.
Pulsoximeter; blood; erythrocyte; discreteness.
Важной задачей в современной медицине является определение значения ок. ,
которая позволяет неинвазивно измерять степень насыщения крови кислородом SpO2, которая связана с относительным содержанием окисленного и восстановленного гемоглобина
SpO2 = CHbO2 /(CHbO2 + CHb ), (1)
где CHb и CHbO - концентрации гемоглобина и оксигемоглобина соответственно
[1, 3]. Пульсоксиметрия рассматривается как один из основных методов контроля жизнеобеспечения при операциях. Однако в ряде случаев пульсоксиметры могут не обеспечивать получение достаточно точных оксиметрических данных. Интересны результаты исследования по сравнению точности трех различных пульсок-сигемометров: Nellcor N-200, Nellcor N-3000 и Masimo SET при артериальной насыщенности кислородом в диапазоне от 100 до 75 %. До начала движения пальца с
датчиком процент измеренных значений SpO2 в пределах 7 % отклонения от
контрольного значения был: N-200 - 76 %, N-3000 - 87 %, и Masimo - 99%. После цикла движений соответствующие значения были: N-200 - 68 %, N-3000 - 47 % и Masimo - 97 %. -
ний при уменьшении SpO2, превышающей приводимые в паспортах пульсокси-
метров значения погрешности измерений на 1...2 %, которые, по-видимому, следует рассматривать как воспроизводимость приборов. Для более качественного определения физиологического состояния пациента необходимо выявить источники погрешности метода и, насколько возможно, минимизировать их влияние на . -
сти потока прошедшего через объект электромагнитного излучения (ЭМИ) как функции оптической плотности объекта (участка живой тестируемой ткани, со).
При этом пульсоксиметр измеряет значение R [1,3]:
R = (AIV ад/( ton/ In), (2)
где Ifa , 1^2 - плотности потока прошедшего через объект ЭМИ на длинах волн
Х и , соответствующих разным оптическим плотностям восстановленного и
окисленного гемоглобина; AI^, AI^- изменения плотностей потока прошед-
шего через ткань излучения при максимальном и минимальном кровенаполнении .
В пульсоксиметрах обычно используют ЭМИ в красном (Х) и инфракрасном (Х2 ) оптических диапазонах [4,6]. Характеристики поглощения оптического излучения кровью на длинах волн Х и ^ различаются за счет разного вклада, вносимого в них окисленным и восстановленным гемоглобином [2,3]. Для определения значения сатурации крови на основании измеренных значений К используют зависимость 8р02 (К), полученную на основании (1), (2) и решения систе-(3):
1п( 10x1/ Х = ^Х1 СнЛ + *Х1 Сньо2 ^1 + Х ;
1п(70х7 1 Х = ^Х\СНЬ^2 + СНЬ0^2 + Х ;
1п(^0x2/ 1Х2) = ^Х2 СНА + &Х2 СНЬ02 ^1 + кХ2^ ;
1П(^0x2/1 Х2) = £Х2 СНЬ^2 + £Х2 СНЬ02 ^2 + кХ2^, (3)
где 10Х1, 10Х2 - плотности потока падающего на объект ЭМИ на длинах волн Хх
2 ~НЬ ИЬ НЬ0? „НЬ0? , , — тЛ
и Х2; £Х1 , £Х2 , £Х1 , £Х2 - коэффициенты экстинкции гемоглобина НЬ и
оксигемоглобина НЬ02 для двух длин волн Х и Х2 [4]; d1 и d2 - толщины сосуда в момент максимума и минимума его кровенаполнения; d - толщина бескровных участков ткани; кХ1 и кХ2 - коэффициенты поглощения бескровных
участков ткани на длинах волн Х1 И Х2 .
При записи системы уравнений (3) предполагалось, что кровь ведет себя как истинный раствор, однако с оптической точки зрения кровь может быть моделирована взвесью поглощающих свет эритроцитов в растворе [2, 4]. В [4] было
,
частиц взвеси в раствор изменяется. Это эффект был назван «эффектом дискретности частиц». Используя подход, изложенный в [4], рассмотрим метод учета влияния эффекта дискретности эритроцитов на результаты пульсоксиметрических измерений и численно оценим это влияние. Применительно к рассматриваемой задаче эффект дискретности эритроцитов заключается в том, что одинаковое количе-, ,
плотности (-Ов И Бр), которые связаны фактором эффективности Ц = Вс/Вр, [4,5]. При моделировании эритроцита однородной сферической поглощающей частицей значение (Ца можно рассчитать на основании соотношения [4,5]
3
0 = — Г\
2р
1 _ 2(1 - ехр(-р)) + 2ехр(-р) Р2 Р
В (4) значение Ца зависит от параметра Р = к^э, где кэ и ^ - показатель
V *
поглощения и диаметр эритроцитов. Из (4) следует, что фактор Ца < 1, в результате чего -О < Ор. Причем значение Ее/Ор убывает с ростом величины Р = к^э . Учитывая (4), перепишем систему уравнений (3) для пульсоксиметра:
1п( 10Х1 / Х = @аХ1^Х1 СНА + ЦаХ1^Х1 СНЬ0^1 + kХ1d ;
1п(70Х1 /1 'х1 ) = 0аЛ1£М CHЬd2 + ОаЛ^0 СНЬ02 d2 + кХ^ ';
1П( 10Х2/1Х2 ) = ЦаХ2£Х2 CHЬd1 + ЦаХ2£Х2 СНЬ02 d1 + кХ2d ;
1П( ^0x2/1 Х2) = QaЛ2£ХгCHЬd2 + ЦаА2£Х2 СНЬ0^2 + кХ2d. (5)
(1), (2), (5) -
сыщения крови кислородом:
ЧтЮ = - к&х.С
^р02 _* НЬ НЬ02 ч п^.а , НЬ НЬ0,х ■ (6)
<2аЛ1(£ Х1 2 Х1) - КааХ2(£Х2 -£Х2 2 )
(6) ,
значение Бр02 зависит от значений ЦаХ1 = ЦаХ1( кХ, drJ),
2ахг = 2ахг(^хг, drJ) и, следовательно, от размеров эритроцитов.
Была проведена оценка значений факторов ЦаХ1 и ЦаХ2, определяющих
влияние эффекта дискретности эритроцитов на рассчитанное значение $р02 . Экспериментально определялись спектры кэ. и значения ^ , для чего из проб , , -. -разцов на центрифуге ОПн-ЗУХЛЧ в течение 10 минут. Общая концентрация
эритроцитов N и гистограмма распределения их по размерам в физиологическом
растворе определялись с помощью микроскопа с окулярным микрометром и каме.
поглощения гемолизированных эритроцитов ОрХ на спектрофотометре СФ-46. С использованием значений Nэ, среднего диаметра эритроцитов ^ и О Х определялся спектр К, . В полученном спектре значения кз убывают с увеличением длины волны. Установлено, что значение ЦаХ2, соответствующее инфракрасному
излучению, близко к единице и его влияние по сравнению со значением ЦаХ1 на
(6) .
На основании экспериментальных данных с помощью выражения (6) были получены зависимости 5р02 (К) для трех пар длин волн и для двух диаметров
эритроцитов, которые приведены на рис. 1. Представленные зависимости получены с использованием усреднения исходных данных, полученных в результате исследования 20-ти проб крови. При расчетах по формуле (6) считалось, что значения не меняются при изменении К .
Анализ полученных результатов показывает, что учет размеров эритроцитов может приводить к существенному изменению результатов определения значения
Бр02 на основании значения К . Причем при уменьшении степени оксигенации крови вклад эффекта дискретности эритроцитов в определяемую величину 5р02 возрастает. Так, при значениях 5р02, находящихся в диапазоне 80-100 %, он минимален и составляет единицы процентов, а при значениях 5Р02 в районе
40 % игнорирование эффекта дискретности частиц приводит к погрешности 25-30 %. Причем конкретные величины этих вкладов зависят от используемых в пульсоксиметре длин волн ЭМИ.
Полученные данные позволяют выбрать оптимальные значения длин волн, при которых погрешность за счет дискретности эритроцитов минимальна. В то же время учет эффекта дискретности эритроцитов требует знания их диаметра, который определяется инвазивно. Это лишает пульсоксиметрию преимущества неин-вазивности. Поэтому необходимо определять диаметр эритроцитов заранее, например, при общем анализе крови. Тогда искомое значение 5р02 может быть рассчитано (например, с помощью встроенного в пульсоксиметр микропроцессо) (6) К -зуемых длин волн излучения.
sPo2. %
Рис. 1. Зависимости 5р02 (К) с учетом эффекта дискретности эритроцитов: 1 — Л1 = 660 нм, Л2 = 940 нм; 2 — Л1 = 600 нм, Л2 =760 нм; 3 — Л1 = 680 нм, Л2 = 920 нм (________________- = 10 мкм;_____— й} = 6 мкм )
Таким образом, получена количественная оценка влияния эффекта дискретности эритроцитов на результаты пульсоксиметрических измерений и дано объяснение
причин погрешностей, возникающих при определении значений SpO2, особенно
заметных при низких значениях уровня оксигенации крови. Предложен способ учета рассмотренного эффекта и даны рекомендации по его использованию в практике неинвазивных измерений уровня оксигенации крови с помощью пульсоксиметров.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бунятян А А., Флеров Е.В. Применение пульсовой оксиметрии в анестезиологии // Медицинская техника. - 1993. - № 1. - С. 10-15.
2. ИржакЛ.И. Гемоглобины и их свойства. - М.: Наука, 1975. - 240 с.
3. Крепс КМ. Оксигемометрия. Техника. Применение в физиологии и медицине. - J1: Мед-
, 1959. - 22 .
4. Duysens L.N. M. The flatting of the absorption shectrum of suspensions, as compared to that of solutions. Biochimica et Biophysica Acta. - 1956. - Vol. 9. - P. 345-350.
5. . . . - .: -
, 2004. - 199 .
Сидоренко Владимир Михайлович
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”. E-mail: vmsidorenko@mail.ru.
197376, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 5.
Тел.: 88122349071.
Sidorenko Vladimir Mixajlovich
Saint Petersburg Electrotechnical University “LETI“.
E-mail: vmsidorenko@mail.ru.
5, Proffessor Popov street, Saint Petersburg, 197376, Russia.
Phone: +78122349071.
УДК 612.172.4
M.А. Сидорова, АЛ. Киреев
ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛ КАК ОДИН ИЗ НАИБОЛЕЕ ЦЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ
-
Описаны основные достоинства метода электрокардиографии, делающие его в настоящее время одним из наиболее информативных среди неинвазивных методов исследования сердечной мышцы. Проведён анализ наиболее перспективных направлений развития
.
Электрокардиосигнал; отведение; информативность; диагноз.
M.A. Sidorova, A.V. Kireev
THE ELECTROCARDIOGRAM AS ONE OF THE MOST VALUABLE SOURCES OF THE DIAGNOSTIC INFORMATION ON THE CONDITION IT IS WARM-VASCULAR SYSTEM OF THE PERSON
The basic advantages of a method электрокардиографии doing it now by one of the most informative, among noninvasive methods of research of a cardiac muscle are described. The analysis of the most perspective directions of development of a method электрокардиографии is carried out.
Electrocardiogram; assignment; self-descriptiveness; diagnosis.
