Физические основы реографии


Импеданс тканей организма. Дисперсия импеданса.

Ткани организма проводят не только постоянный (см. § 12.10), но и переменный ток. Опыт показывает, что в этом случае сила тока, проходящая через биологическую ткань, опережает по фазе приложенное напряжение. Следовательно (см. § 14.3), емкостное сопротивление тканей больше индуктивного. В таблице 24 в качестве примера приведены значения разности фаз тока и напря­жения для некоторых тканей (частота 1 кГц).

Таблица 24

Название ткани Разность фаз в градусах
Кожа человека, лягушки Нерв лягушки Мышцы кролика -55 -64 -65

 

Отсюда следует, что моделировать электрические свойства биологических тканей можно, используя резисторы, которые обладают активным сопротивлением, и конденсаторы — носители емкостного сопротивления. В качестве модели обычно используют эквивалентную электрическую схему тканей организма. Она представляет собой схему, состоящую из резисторов и конденсаторов, частотная зависимость (дисперсия) импеданса которой близка к частотной зависимости импеданса биологической ткани.


Физические основы реографииНа рис. 14.10 представлен график частотной зависимости импеданса мышечной ткани. Ради компактности кривая построена в логарифмических координатах. Из графика видны две особенности этой зависимости: во-первых, плавное уменьшение импеданса с увеличением частоты (общий ход зависимости импеданса от частоты) и, во-вторых, наличие трех областей частот, в которых имеет место отклонение от общего 10хода зависимости импеданса от частоты: Z мало изменяется. Они были

Рис. 14.10 названы, соответственно, областями a-, b- и g-дисперсии импеданса.

Физические основы реографии

Установим, какая электрическая схема (модель) наиболее удачно отражает общий ход зависимости импеданса ткани организма от частоты. В качестве вариантов рассмотрим схемы, представленные на рис. 14.11.

Для схемы, изображенной на рис. 14.11, а, частотная зависимость импеданса может быть получена из (14.41)при L = 0:

Физические основы реографии (14.45)

В соответствии с формулой (14.45) импеданс уменьшается с увеличением частоты, однако име­ется противоречие с опытом:


Рис. 14.11

при w ® 0 Z ® ¥. Последнее означает бесконечно большое сопротивление при постоянном токе, что противоречит опыту (рис. 14.10).

Схема, изображенная на рис. 14.11, б, соответствует общей тенденции экспериментальной кривой: при увеличении частоты уменьшается емкостное сопротивление и уменьшается импеданс. Однако при w ® ¥ ХС ® 0 и Z ® 0, что не соответствует опыту.

Наиболее удачна схема рис. 14.11, в, в ней отсутствуют противоречия с опытом, характерные для двух предыдущих схем. Именно такое сочетание резисторов и конденсатора может быть принято за эквивалентную электрическую схему тканей организма. Частотная зависимость импеданса эквивалентной электрической схемы соответствует общему ходу экспериментальной зависимости импеданса от частоты. Важно отметить, что при этом электроемкость и, следовательно, диэлектрическая проницаемость остаются постоянными.



Поясним причину возникновения областей a-, b- и g-дисперсии импеданса. Ткань организма является структурой, обладающей свойствами проводника (электролита) и диэлектрика. Поляризация диэлектрика (§ 12.6) во внешнем электрическом поле происходит не мгновенно, а зависит от времени. Это означает зависимость от времени поляризованности диэлектрика е) при воздействии постоянного электрического поля — напряженность электрического поля):


Ре = f(t) при Е = const. (14.46)

Если электрическое поле изменяется по гармоническому закону, то поляризованность будет также изменяться по гармоническому закону, а амплитуда поляризованности будет зависеть от частоты изменения поля с запаздыванием по фазе:

Р ет = f (w) при Е = Ет cos w t (14.47)

Из (12.41) получим выражение для диэлектрической проница­емости:

Физические основы реографии (14.48)

Из (14.48) следует, что условие (14.47) означает частотную зависимость диэлектрической проницаемости при воздействии переменным (гармоническим) электрическим полем: e = f(w). Изменение диэлектрической проницаемости с изменением часто­ты, электрического поля означает изменение электроемкости и, как следствие, изменение импеданса.

Запаздывание изменения поляризованности относительно изменения напряженности электрического поля зависит от механизма поляризации вещества. Самый быстрый механизм — электронная поляризация (см. § 12.6), так как масса электронов достаточно мала. Это соответствует частотам (около 1015 Гц), которые существенно превышают области a-, b-, и g-дисперсии.

Ориентационная поляризация воды, молекулы которой имеют сравнительно малую массу, соответствует g-дисперсии (частоты около 20 ГГц).


Крупные полярные органические молекулы, например белки, имеют значительную массу и успевают реагировать на переменное электрическое поле с частотой 1 —10 МГц. Это соответствует g-дисперсии.

При a-дисперсии происходит поляризация целых клеток в результате диффузии ионов, что занимает относительно большое время, и a-дисперсии соответствует область низких частот (0,1 — 10 кГц). В этой области емкостное сопротивление мембран очень велико, поэтому преобладают токи, огибающие клетки и протекающие через окружающие клетки растворы электролитов.

Итак, области a-, b-, и g-дисперсии импеданса объясняются тем, что с увеличением частоты переменного электрического поля в явлении поляризации участвуют разные структуры биологических тканей: при низких частотах на изменение поля реагируют все структуры (a-дисперсия), с увеличением частоты реагируют крупные молекулы-диполи органических соединений и молекулы воды (b-дисперсия), а при самых больших частотах реагируют только молекулы воды (g-дисперсия). Во всех случаях имеет место электронная поляризация. С увеличением частоты электрического тока (электрического поля) все меньше структур будет реагировать на изменение этого поля и меньше будет значение поляризо-ванности Рет. Отсюда, согласно (14.48), с увеличением частоты будет уменьшаться диэлектрическая проницаемость e, а следовательно, и электроемкость С, а это, согласно (14.33), приведет к увеличению емкостного сопротивления Хс и импеданса Z. Следовательно, на фоне общего хода зависимости Z = f(w) (см. рис. 14.10) появляются области с меньшим убыванием Z при возрастании частоты (области a-, b- и g-дисперсии).


Частотная зависимость импеданса позволяет оценить жизнеспособность тканей организма, что важно знать для пересадки (трансплантации) тканей и органов. Различие в частотных зависимостях импеданса получается и в случаях здоровой и больной ткани.

Импеданс тканей и органов зависит также и от их физиологического состояния. Так, при кровенаполнении сосудов импеданс изменяется в зависимости от состояния сердечно-сосудистой деятельности.

Диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности, называют реографией (импеданс-плетизмография).

С помощью этого метода получают реограммы головного мозга (реоэнцефалограмма), сердца (реокардиограмма), магистральных сосудов, легких, печени и конечностей. Измерения обычно проводят на частоте 30 кГц.

В заключение отметим, что знание пассивных электрических свойств биологических тканей важно при разработке теоретических основ методов электрографии органов и тканей, так как со­здаваемый токовыми диполями электрический ток проходит через них. Кроме того, представления о дисперсии импеданса позволяют оценить механизм действия токов и полей, используемых в терапевтических целях.


Источник: studopedia.su

Реография — метод, который позволяет измерять кровенаполнение конечностей, мозга, сердца и многих других органов.

Когда некоторый объем крови протекает через сосуды любого органа в течение систолы, объем этого органа увеличивается. Такие изменения объема изучались в прошлом с помощью, так называемой, плетизмографии, которая была основана на механических измерениях. Но возможности этого метода были ограничены. Он мог применяться только для изучения кровенаполнения верхних конечностей.

Позже было обнаружено, что при изменении количества крови в сосудах органов, изменяется их электрическое сопротивление. Это изменение определяется формулой Кедрова:

Физические основы реографии

 

Здесь V — объем органа и ΔV — изменение объема в течение систолы, R – активное сопротивление и — ΔR изменение активного сопротивления органа в течение систолы, k — коэффициент прямой пропорциональности. ΔR имеет отрицательное значение, поскольку электрическое сопротивление крови меньше, чем сопротивление мышц, соединительной ткани, кожа и т.п. Поэтому активное сопротивление органов уменьшается в течение систолы и растет в течение диастолы.

Изменение активного электрического сопротивления вызывает изменение полного сопротивления. По техническим причинам более удобно измерять именно изменения импеданса, чем изменения активного сопротивления постоянному току. В реографии кинетика полного сопротивления тела человека отражает частоту и объем локального кровенаполнения органов.


Для измерения изменения полного сопротивления биологического объекта, через него пропускают переменный ток высокой частоты. Оптимальная частота, применяемая в реографии — 100 – 500кГц.При частотах выше 500 кГц сглаживаются различия в удельной электропроводности между кровью и окружающими тканями. Изменения полного сопротивления являются очень небольшими, их величина составляет: 0,08Ом для голени и предплечья, 0,1Ом для плеча и ступни.

Основная(интегральная) реограмма отражает изменение импеданса исследуемого органа при кровенаполнении. Возрастающая часть кривой возникает вследствие систолы, а нисходящая — вследствие диастолы. Обычно одновременно записывается дифференциальная реограмма. Она является производной первого порядка по времени интегральной реограммы и описывает скорость изменения кровенаполнения исследуемого органа.

Реография применяется для изучения кинетики полного электрического сопротивления различных органов: сердца (реокардиография), мозга (реоэнцефалография), печени (реогепатография), глаза (реоофтальмография) и т.п.

Реография

Реография (греч. rheos течение, поток + graphо писать, изображать; синоним: импедансная плетизмография, реоплетизмография) — метод исследования функции сердца и кровоснабжения органов путем регистрации колебаний импеданса, т.е. полного (омического и емкостного) сопротивления переменному току высокой частоты, связанных с изменениями кровенаполнения исследуемых участков тела.


Метод основан на установленной А.А. Кедровым пропорциональной зависимости между изменениями импеданса (ΔZ) по отношению к его исходной величине (Z) и приростом объема (ΔV) по отношению к исходному объему (V) исследуемой части тела за счет ее кровенаполнения:

Физические основы реографии , откуда Физические основы реографии .

Хотя известно, что на величину Zвлияют колебания не только объема, но и скорости потока крови, принято считать, что регистрируемая кривая изменений импеданса за каждый сердечный цикл (реограмма) соответствует в основном кривой объемного пульса, интерпретация которой возможна на основе теоретических принципов механической плетизмографии и сфигмографии.

Для регистрации реограмм используют специальные приборы — реографы, выполненные, как правило, в виде приставок к многоканальным регистрирующим устройствам (полиграфам, электрокардиографам). Основными элементами реографа любой модификации являются генератор тока высокой частоты (обычно не менее 30 кГц), подаваемого через токовый электрод к исследуемому участку тела: датчик-преобразователь «импеданс — напряжение», соединяемый с исследуемым участком тела электродом напряжения (потенциальным); детектор; усилитель сигналов датчика-преобразователя; калибрующее устройство с дискретно включаемыми в электрическую цепь стандартными сопротивлениями (0,01; 0,05; 0,1; 0,2 Ом).


приборах, конструкция которых позволяет регистрировать не только изменения величины импеданса, но и скорость этих изменений (так называемая дифференциальная реограмма), предусмотрена калибровка кривых в размерности Ом/с.

В зависимости от конструкции прибора для записи реограмм могут использоваться одна или несколько из применяемых систем отведений: биполярная, при которой токовые и потенциальные электроды совмещены и представлены двумя электродами, накладываемыми на полярные точки исследуемого участка тела; тетраполярная, при которой между двумя отдаленно расположенными на теле токовыми электродами помещают два потенциальных электрода для измерения изменений напряжения на участке тела между ними; фокусирующая, при которой взаимное положение потенциального (центрального) и токового электродов позволяет проводить локальное (фокусированное) исследование глубоко лежащих органов и тканей.

Для записи реограмм используют посеребренные электроды, электроды из алюминия, свинца, нержавеющей стали, меди, латуни, алюминиевой фольги и др. Форма и размер электродов зависят от цели и области исследования. Необходим надежный контакт электродов с кожей для уменьшения переходного сопротивления на границе электрод-кожа; с этой целью рекомендуется обезжиривать кожу под электродами спиртом; целесообразно также применение электродной пасты (смазывание ею нижней поверхности электродов) или помещение под электроды однослойных фланелевых прокладок, смоченных 20% раствором хлорида натрия. При динамических исследованиях важно, чтобы электроды располагались в одних и тех же местах. Запись реограмм производят при скорости лентопротяжки 25 — 50 мм/с.


В зависимости от места наложения электродов на реограмме могут отражаться изменения кровенаполнения преимущественно одного региона кровообращения или даже одного органа, например печени, легких. Соответственно Р. некоторых отдельных областей тела выделилась в самостоятельные методики со специальной разработкой вариантов техники исследования и способов интерпретации реограмм. Таковыми стали, например, реография головы, реография верхних и нижних конечностей (реовазография), печени (реогепатография), грудная реография (легкого, сердца, аорты), в т.ч. важная ее разновидность — тетраполярная грудная реография

Реовазография осуществляется путем одномоментной или последовательной регистрации реограмм верхних и нижних конечностей или их сегментов (предплечья, кисти, голени, стопы и т.д.). Применяют циркулярные электроды, которые накладывают на проксимальный и дистальный участки исследуемого отдела конечности по ее периметру строго симметрично (с целью сопоставления реограмм правой и левой конечностей). Для регистрации, например, реограммы предплечья проксимальный электрод накладывают ниже внутреннего мыщелка локтевой кости, дистальный — выше лучезапястного сустава. Ширина ленточного электрода может быть равна 0,7 — 1 см для всех отделов конечностей, длина различна в зависимости от окружности конечности. Электроды должны тесно прилегать к поверхности кожи, не сдавливая подлежащих тканей и не нарушая кровообращения.

Регистрируемые с конечностей реограммы называют реовазограммами (РВГ). Для более информативного их анализа желательно во всех случаях синхронно регистрировать основную и дифференциальную РВГ, а в ряде случаев также ЭКГ (во II стандартном отведении) и ФКГ, чтобы иметь возможность сопоставлять отдельные параметры пульсовой волны с деятельностью сердца.

Анализ реовазограммы включает качественную и количественную характеристику отдельной реографической волны, которая по своей форме напоминает сфигмограмму (Рис. 1). Она имеет анакроту с периодом α, представленную крутым подъемом основной (систолической) волны, который ближе к вершине (с) становится более пологим; за вершиной систолической волны следует катакрота с периодом β — нисходящая часть с двумя-тремя дополнительными волнами, первую из которых с вершиной d называют диастолической (или дикротической). Между систолической и диастолической волнами образуется выемка — инцизура (i). Систолическому подъему может предшествовать пресистолическая волна (α), которую связывают с сокращением предсердий. Она может иметь различный вид: от небольшой зазубрины до хорошо выраженной волны с амплитудой до 1/4 основной волны. Основная волна до инцизуры формируется вследствие значительного преобладания притока крови над ее оттоком в начале систолы с последующим (после достижения вершины волны) преобладанием оттока, которое продолжается и весь диастолический период. Форма и амплитудные характеристики диастолической части волны (после инцизуры) во многом определяются сопротивлением оттоку крови из исследуемой части тела, а также элегичностью (тонусом) артериальных стенок, от которой зависит частотный спектр их колебаний, влияющий на выраженность дополнительных волн. Дифференциальная реовазограмма отличается более крутыми подъемом и спадом и заостренностью вершины систолической волны, меньшей амплитудой дополнительных волн, которые имеют вид зубцов. Восходящая часть систолической волны дифференциальной РВГ отражает систолический прирост скорости пульсового кровенаполнения, приобретающей максимальные значения в момент, соответствующий вершине волны (5), проекция которой на волну основной РВГ обычно приходится на переход крутого подъема систолической волны в более пологий.

Качественная характеристика реовазограммы учитывает регулярность кривой, крутизну анакроты, характер вершины, форму катакроты, количество и выраженность дополнительных волн. Кривая считается регулярной, если каждая последующая волна похожа на предыдущую. При аритмии регулярность волн нарушается: чем длиннее диастола, тем выше амплитуда следующей за ней волны реограммы. Подъем анакроты может быть крутым, пологим, уступами, с зазубринами. Вершина систолической волны бывает закругленной, плоской, куполообразной, аркообразной, двугорбой, острой, в форме петушиного гребня. Особой изменчивостью отличается нисходящая часть кривой: она может опускаться круто, плавно, быть выпуклой, меняются количество дополнительных волн, момент возникновения диастолической волны, ее амплитуда.

Основой количественного анализа РВГ является измерение амплитуд отдельных участков реографической волны (при колебаниях амплитуды рассчитывают ее среднее значение из 5—10 волн) и ряда временных интервалов. Для сравнения результатов разных исследований амплитуду следует выражать в омах, что достигается умножением высоты данной точки кривой над линией основания волны в миллиметрах на показатель масштаба регистрации (отношение величины калибровочного сигнала в омах к его высоте в миллиметрах). Целесообразно измерять следующие наиболее информативные показатели (Рис. 1): амплитуды систолической и диастолической волн, амплитуду реографической волны на уровне инцизуры, длительность анакроты и катакроты, а также рассчитывать коэффициент асимметрии амплитуд систолической волны на правой и левой конечностях.

Амплитуду систолической волны (А) при постоянном использовании стационарного калибровочного сигнала выражают иногда не в омах, а как отношение высоты (в миллиметрах) систолической волны к высоте калибровочного импульса — так называемый реографический систолический индекс (РСИ). Этот показатель характеризует величину пульсового кровенаполнения исследуемого участка конечности, его снижение может быть связано с уменьшением ударного объема сердца и нарушением артериального притока в связи с гипертонией или органическими изменениями стенок артерий.

Амплитуду диастолической волны (D) измеряют на уровне высшей точки волны после инцизуры. Ее отношение к амплитуде систолической волны (D/А) — так называемый диастоло-систолический индекс (ДСИ) характеризует, как считают, соотношение оттока и притока крови.

Амплитуду реографической волны на уровне инцизуры (В) измеряют для расчета отношения В/А — так называемого дикротического индекса (ДИ), который считают зависимым от тонуса артерий среднего калибра.

 

Физические основы реографии

Рис. 1 Основная (вверху) и дифференциальная (внизу) реовазограммы: а — пресистолическаяволна; с и s — вершины систолических волн соответственно основной и дифференциальной реовазограмм; i — инцизура; d — вершина диастолической волны. На основной реовазограмме: А — амплитуда систолической волны с компонентами А1 и А2; В— амплитуда реографической волны на уровне инцизуры; D — амплитуда диастолической волны; α — длительность анакроты (от начала подъема систолической волны до момента формирования ее вершины с), складываемая из интервалов α1 и α2; β — длительность катакроты (от момента,соответствующего вершине волны, до начала следующей систолической волны); Т — период между вершинами соседних волн реовазограммы, соответствующий длительности сердечного цикла.

Коэффициент асимметрии (КА) амплитуд систолической волны на правой и левой конечностях рассчитывают в процентах по формуле:

Физические основы реографии ,

где Аб и Ам — амплитуды соответственно большей и меньшей величины; в норме КА не превышает 10%.

Длительность анакроты (α) соответствует интервалу от начала реографической волны до точки пересечения линии ее основания с перпендикуляром, опущенным из вершины волны. Она зависит от частоты сердечных сокращений, но, выраженная в процентах к длительности сердечного цикла Т, соответствующей интервалу между вершинами двух соседних реографических волн

Физические основы реографии ,

отличается относительной устойчивостью, причем у молодых этот показатель несколько меньше, чем у пожилых. Увеличение этого показателя считается характерным для уменьшения растяжимости артерий крупного и среднего калибра, например в связи с повышением их тонуса.

Длительность катакроты (β = Т — α), в том числе в процентах к длительности сердечного цикла, выражение зависит от частоты сердечных сокращений; полагают, что увеличение этого показателя может указывать на затрудненный отток крови.

При специальных исследованиях изучают другие (кроме перечисленных) показатели РВГ, в частности для оценки изменений тонуса артерий раздельно крупного и среднего калибра. Считают, что уменьшение растяжимости крупных артерий проявляется преимущественным снижением так называемой максимальной скорости быстрого кровенаполнения (Vмакс, Ом/с), артерий среднего калибра — снижением так называемой средней скорости медленного кровенаполнения (Vcp, Ом/с). Для расчета этих показателей измеряют время быстрого кровенаполнения α1 (по интервалу между началом систолического подъема кривой и точкой пересечения линии основания волны с перпендикуляром, восстановленным из вершины S синхронно записанной дифференциальной РВГ), время медленного кровенаполнения (α2 = α — α1) амплитуду волны А1 в точке пересечения кривой с перпендикуляром, разделяющим отрезки α1 и α2, а также разницу А2 = А — А1. По этим показателям рассчитывают Vмакс = А11 и Vcp = α2.

Реовазограммы верхних и нижних конечностей несколько различаются (Рис. 2). Реовазограмма верхних конечностей отличается более крутым подъемом и более заостренной вершиной систолической волны, хорошо выраженными и более высоко расположенными инцизурой и диастолической волной, нередко наличием двух-трех дополнительных волн на канакроте. Амплитуда систолической волны растет по направлению от проксимальных участков конечностей к дистальным. Высота же диастолической волны наибольшая на предплечье, наименьшая — на РВГ первого пальца стопы. Следует учитывать, что чем меньше расстояние между электродами, тем меньше и амплитуда пульсовых волн на реограмме.

Реовазограмма одного и того же участка, написанная на различных реографах, может отличаться величиной амплитудных показателей, что связано с техническими особенностями аппарата, поэтому в каждом кабинете функциональной диагностики целесообразно обследовать контрольную группу здоровых людей с целью получения нормативных величин показателей для используемого реографа. Ориентировочные величины колебаний основных показателей РВГ у здоровых людей приведены в таблице 1.

Физические основы реографии

Рис.2 Нормальные реовазограммы предплечья (вверху) и голени (внизу): c — вершина систолической волны; d— вершина диастолической волны; i — инцизура. На реограмме голени диастолическая волна и инцизура выражены менее четко и расположены ближе к основанию волны, чем на реовазограмме предплечья.

На догоспигальном этапе обследования больных с предполагаемой патологией сосудов конечностей реовазография помогает объективно подтвердить нарушения кровенаполнения различных участков конечностей, а в ряде случаев также дифференцировать функциональную и органическую природу этих нарушений. По характеру отражения на реовазограмме различают 3 типа артериальной дистонии (Рис. 3): спастический, атонический и спастико-атонический. Спастический тип (Рис. 3, б) характеризуется снижением амплитуды РВГ, уплощением вершины, сглаженностью и высоким расположением инцизуры и диастолической волны, увеличением α, причем эти изменения отмечаются как на проксимальных, так и на дистальных участках (например, на предплечье и на кисти). Атонический тип (Рис. 3, в) проявляется на РВГ проксимальных и дистальных участков конечностей высокой амплитудой, крутой анакротой и узкой вершиной волны, четкой инцизурой, смещенной к основанию кривой. Спастико-атонический тип (Рис. 3, г) характеризуется проявлениями спастического типа на дистальных участках конечностей при наличии признаков атонического типа на проксимальных участках либо наоборот.

Таблица 1

Колебания основных реографических показателей у здоровых лиц

Исследуемые области А, Ом ДИ α, с β, с
Предплечье 0,07 — 0,08 0,6 — 0,7 0,11 — 0,12 0,69 — 0,76
Кисть 0,10 — 0,11 0,6 — 0,7 0,12 — 0,13 0,65 — 0,76
Палец кисти 0,13 — 0,15 0,6 — 0,7 0, 13 — 0,14 0,66 — 0,76
Голень 0,07 — 0,08 0,6 — 0,7 0,11 — 0,12 0,67 — 0,76
Стопа 0,10 — 0,11 0,6 — 0,7 0,12 — 0,13 0,65 — 0,75
Палец стопы 0,13 — 0,15 0,6 — 0,7 0,13 — 0,14 0,66 — 0,76

Физические основы реографии

Рис.3. Реовазограммы (РВГ) и дифференциальные реовазограммы (ДРВГ) предплечья (слева)и кисти (справа) в норме (а) и при разных типах артериальной дистонии: б — спастический тип; в — атонический тип; г — спастико-атонический тип (атонический — на предплечье, спастический — на кисти).

При облитерирующих заболеваниях артерий по мере развития патологического процесса снижается амплитуда волн РВГ, подъем восходящей части волны становится пологим, уплощается вершина, исчезают дополнительные волны. По характеру изменений РВГ различают три типа артериального кровоснабжения: магистральный (РВГ имеет нормальную конфигурацию), смешанный и коллатеральный. Магистральный тип свидетельствует о том, что кровоснабжение исследуемого участка конечности происходит по магистральным артериям. Смешанный тип кровоснабжения характеризуется снижением амплитуды волн РВГ и увеличением продолжительности анакроты (α), которая не принимает нормальных значений под влиянием нитроглицерина и других сосудорасширяющих воздействий, хотя амплитуда и форма волн РВГ могут улучшаться. Считают, что такие изменения РВГ отмечаются в случаях, когда кровоснабжение происходит как по магистральным артериям, так и по коллатеральным. При коллатеральном типе кровоснабжения волна РВГ напоминает сегмент окружности или арку; ослабляется или исчезает реакция сосудов на различные сосудорасширяющие воздействия. Полагают, что такой характер изменений РВГ соответствует сужению просвета магистральной артерии на 75% и более, когда кровоснабжение осуществляется по коллатералям. Выделяют 5 степеней недостаточности артериального кровоснабжения голени и предплечья. При первой степени недостаточности амплитуда волн РВГ составляет 0,05 Ом, при второй — от 0,04 до 0,03 Ом, при третьей — от 0,03 до 0,02 Ом (эти три степени отражают компенсированное кровоснабжение); при четвертой степени — от 0,02 до 0,01 Ом; при пятой — 0,01 Ом и меньше. Четвертая и пятая степени недостаточности соответствуют декомпенсированному кровоснабжению.

При атеросклеротическом поражении на уровне бифуркации аорты и подвздошных артерий сначала (в стадии компенсации) уменьшается кровенаполнение голени, в то время как на стопе оно остается достаточным; в стадии декомпенсации пульсовое кровенаполнение стопы резко уменьшается. При облитерирующем эндартериите в стадии компенсации уменьшение кровенаполнения происходит сначала на I пальце стопы и стопе, затем показатели РВГ изменяются и на уровне голени. При облитерации магистральных сосудов РВГ коллатерального пульса характеризуется сниженной амплитудой и плоской вершиной систолической волны, отсутствием дополнительных волн, значительным увеличением а (в 2 — 2,5 раза по сравнению с нормой). При неудовлетворительном коллатеральном кровообращении пульсовые колебания могут быть незначительными и приближаться к прямой линии. При болезни Рейно отмечается снижение амплитуды волн РВГ пальцев, кистей, особенно выраженное при охлаждении кисти.

Наряду с изучением артериального кровоснабжения тканей делаются попытки использования реовазографии для диагностики патологии вен конечностей, в частности по исследованию дыхательных волн на РВГ.

Для дифференциации функциональных органических причин изменений кровенаполнения тканей, уточнения степени выраженности органических изменений и компенсаторных резервов, а также выявления скрытых расстройств функции сосудов применяют различные функциональные пробы с оценкой их влияния на РВГ. Чаще всего используют постуральную пробу, пробы с нитроглицерином, локальной физической нагрузкой, реактивной гиперемией, холодовую, тепловую, иногда дыхательные (вдох, выдох, проба Вальсальвы), ортостатическую пробы.

Для раннего обнаружения органических изменений сосудистой стенки одной из наиболее информативных является постуральная сосудорасширяющая проба. РВГзаписывают при горизонтальном положении конечностей, затем после их подъема на угол 45°, отмечая при этом в норме (Рис. 4) увеличение амплитуды волн РВГ в 11/2 раза и более (положительная постуральная проба), которое при органической патологии стенок артерий менее выражено (в ранних стадиях) или отсутствует (отрицательная проба) либо наблюдается парадоксальное уменьшение амплитуды. Отмечено, что в ранних стадиях облитерирующего артериита нижних конечностей отрицательная постуральная проба и асимметрия показателей появляются на РВГ стоп, в то время как на РВГ голеней проба остается положительной, а при облитерирующем атеросклерозе отрицательная постуральная проба определяется, напротив, на голенях и сохраняется положительной на стопах.

Физические основы реографии

Рис. 4. Исходные реовазограммы голени (слева) и их динамика(справа) при положительных постуральной (вверху) и нитроглицериновой (внизу) пробах.

Нитроглицериновая проба состоит в регистрации РВГ до и через 1, 3 и 5 мин после сублингвального приема от 1/2 до 2 таблеток нитроглицерина (в зависимости от его переносимости больным). При этом наблюдаются четыре типа сосудистых реакций, видимых на РВГ: положительная, слабоположительная, отрицательная и парадоксальная. Положительная проба (Рис. 4) отмечается у здоровых лиц и у лиц с повышенным тонусом артерий (лабильным ангиоспазмом) и характеризуется трансформацией РВГ в направлении атонического типа: амплитуда увеличивается в 11/2 — 2 раза, заостряется вершина волны, уменьшается дикротический индекс (до 0,4 и ниже), увеличивается и смещается к изолинии дикротический зубец, кривая становится гипотоничной. Слабоположительная проба наблюдается у лиц с начальными структурными изменениями артериальной стенки, проявляется незначительным увеличением амплитуды волны (на 30 — 40%) и некоторой тенденцией к снижению дикротического индекса. Отрицательная проба (отсутствие каких-либо изменений РВГ), и особенно парадоксальная реакция на нитроглицерин (снижение амплитуды РВГ), наблюдается при значительной степени выраженности органических изменений артерий с развитием коллатералей.

Холодовую пробу обычно применяют при подозрении на болезнь Рейно, регистрируя РВГ кисти, пальцев до и после охлаждения кисти в течение 1 — 2 мин струей холодной воды (10 — 12°). У здоровых людей сразу после охлаждения амплитуда волн РВГ незначительно уменьшается, а через 5 — 8 мин нормализуется. При болезни Рейно сразу после охлаждения кисти наблюдается значительное уменьшение амплитуды волн РВГ вплоть до полного их исчезновения: восстановление исходных параметров кривой происходит обычно не ранее, чем через 15 — 30 мин.

Проба с локальной физической нагрузкой состоит в регистрации РВГ до и после осуществления больным сгибательно-разгибательных движений в голеностопном или лучезапястном суставе в течение примерно 1 мин (до утомления). После нагрузки у здоровых лиц наблюдается увеличение амплитуды волн РВГ, длительность анакроты существенно не меняется. У лиц с облитерирующими заболеваниями сосудов конечностей величина амплитуды реографической волны после нагрузки не изменяется или уменьшается (возможно уменьшение на 50 — 60%), а длительность анакроты увеличивается на 30 — 60%.

Пробу с реактивной (постишемической) гиперемией проводят путем регистрации исходной РВГ и сразу после устранения временной искусственной ишемии конечности, для создания которой конечность приподнимают на 3 мин, а затем пережимают проксимальный участок манжетой тонометра на 2 мин при давлении выше систолического АД, вследствие чего прекращается поступление крови в конечность. У здоровых лиц после снятия манжеты наблюдается постепенное увеличение амплитуды волн РВГ, которая достигает исходной величины через 20 — 40 с и максимальной (с увеличением на 30 — 40% от исходной) — через 1 — 11/2 мин. При заболеваниях артерий время восстановления исходной величины амплитуды волн РВГ удлинено до 2 мин. и более, причем дополнительного прироста амплитуды в последующем не происходит, а в некоторых случаях течение всего времени исследования (4 — 5 мин она остается ниже исходной).

Больные с предполагаемым органическими заболеванием сосудов конечностей, подтверждаемым данными реовазографии, иногда нуждаются в дополнительном обследовании для установления показаний к хирургическом лечению. В таких случаях могут быть показаны и другие исследования сосудов, проводимые в стационаре.

 

Источник: helpiks.org

МегаПредмет

Обратная связь

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение


Как определить диапазон голоса — ваш вокал


Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими


Целительная привычка


Как самому избавиться от обидчивости


Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам


Тренинг уверенности в себе


Вкуснейший «Салат из свеклы с чесноком»


Натюрморт и его изобразительные возможности


Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.


Как научиться брать на себя ответственность


Зачем нужны границы в отношениях с детьми?


Световозвращающие элементы на детской одежде


Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия


Как слышать голос Бога


Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)


Глава 3. Завет мужчины с женщиной


Оси и плоскости тела человека

Оси и плоскости тела человека — Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.


Отёска стен и прирубка косяков Отёска стен и прирубка косяков — Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.


Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) — В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Л.П. Сафонова, И.А. Кудашов

МОДЕЛИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИНФОРМАТИВНОСТИ СИГНАЛОВ ИМПЕДАНСНОЙ РЕОГРАФИИ

 

 

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплине "Биофизика"

 

Москва

ВВЕДЕНИЕ

 

Физиологические изменения электропроводности биологических тканей обусловлены, в первую очередь, колебаниями кровенаполнения в процессе дыхания, за счёт насосной функции сердца и при регуляции сосудистого тонуса. Для исследования указанных изменений широко применяют метод импедансной реографии (реоплетизмографии).

Импедансная реография (реоплетизмография) – метод графической регистрации изменения импеданса исследуемого сегмента, органа или ткани при изменении его кровенаполнения, например, под действием пульсового кровенаполнения, на частоте в диапазоне от 50 кГц до 200 кГц силой тока 1-3 мА.

Зондирование биологических тканей высокочастотным переменным током (50 кГц – 1 МГц) практически исключает ёмкостную составляющую импеданса тканей, упрощая оценку физиологических параметров, параметров кровенаполнения, при решении обратных задач. Импеданс контакта «электрод-кожа» падает примерно в 100 раз при увеличении частоты тока от низких значений (десятки Гц) до 100 кГц. Однако, при частотах выше 500 кГц сглаживаются различия в электропроводности крови и окружающих тканей, что снижает информативность метода импедансной реографии («реос», греч. – поток), снижает точность регистрации пульсового кровенаполнения и определения реографических параметров. На низких частотах зондирующего тока усиливаются неприятные ощущения пациента. Минимум порога чувствительности приходится на частоту примерно 30 Гц. С увеличением частоты повышается порог чувствительности. Неприятные ощущения отсутствуют при частотах зондирующего тока выше 20 кГц.

Значение силы тока определяется требуемым значением отношения сигнал/шум и допустимыми плотностями тока, не вызывающими нежелательных эффектов в виде реакции нервных и мышечных волокон и других.

Метод импедансной реографии позволяет дать характеристику артериальному кровенаполнению исследуемого участка тела, состоянию тонуса и эластичности артериальных сосудов, оценить венозный отток, состояние коллатерального кровообращения и микроциркуляции. Билатеральные исследования позволяют установить наличие обструкции кровотока при асимметрии реографических данных.

При анализе реографических сигналов определяют несколько десятков временных, амплитудных параметров, дифференциальных, интегральных параметров и относительных индексов. Для выявления информативности отдельных параметров и их комплексов помимо вероятностно-статистических методов анализа накопленных в процессе реографических исследований клинических данных применяют методы имитационного моделирования кровообращения и механизмов формирования реографических сигналов. Физическое моделирование с помощью гидродинамических стендов существенно более трудоемко и затратно, по сравнению с имитационными математическими моделями. В основе имитационного математического моделирования лежит феноменологическое сходство гемодинамических процессов с процессами протекания электрического тока по форме уравнения, связывающего основные параметры переноса: объёмный кровоток и разность давлений для гемодинамики (закон Пуазейля), ток и напряжение для электрической цепи (закон Ома).

Импедансная реография широко используется для измерения большого числа параметров кровотока, однако при максимальном упрощении рассматриваемого биологического объекта, точность метода низка. Современные исследования в импедансной реографии направлены на повышение точности расчётных параметров кровотока за счёт эмпирических коэффициентов, учитывающих индивидуальные конституциональные особенности испытуемого, за счёт усложнения модели биологического объекта и биофизической модели формирования сигнала реограммы.

 

Цель работы: освоение имитационного подхода при моделировании механизмов формирования сигналов импедансной реографии на примере реовазографии, освоение методов анализа сигналов для решения обратных задач: оценки информативности реовазографических параметров и расчёта физиологических параметров.

Задачи работы: 1) составить эквивалентную электрическую схему периферического кровообращения конечности, используя теоретическую часть методических указаний к лабораторной работе; 2) промоделировать изменение объёма крови и импеданса конечности при пульсовом кровенаполнении c помощью составленной эквивалентной электрической схемы в среде «Microcap» в соответствии с материалом методических указаний; 3) определить чувствительность параметров моделируемого сигнала импедансной реовазограммы к заданным изменениям параметров эквивалентной электрической схемы, имитирующим соответствующие изменения гемодинамических параметров сосудистого русла и сосудистые заболевания; 4) проанализировать полученные в процессе лабораторной работы результаты и сделать выводы.

 

Основы метода импедансной реографии

 

Упрощённая модель биологического объекта для вывода основного реографического уравнения была предложена Swanson ещё в 1976 году. В основе лежит представление исследуемого участка тела, например, нижней конечности, в виде цилиндра (рис. 1). При этом были приняты следующие допущения: 1) распределение артерий, кровенаполнение, по исследуемому объёму тканей равномерное, что может сильно нарушаться при патологии; 2) удельное сопротивление крови (ρкр) постоянно; в действительности ρкр уменьшается при движении крови по сосудам, зависит от величины гематокрита (объёмного процентного содержания форменных элементов в единице объёма крови) и частоты зондирующего тока; для частоты тока порядка 100 кГц ρкр составляет 1,35-1,5 Ом×м; 3) линии тока параллельны артериям, т.е. оси модельного цилиндра; области суставов, где нарушается третье допущение, при измерениях не затрагиваются.

 

 
  Физические основы реографии

а) б)

Рис. 1. Схемы наложения электродов при биполярной (а) и

тетраполярной (б) импедансной реографии

 

Различают биполярную и тетраполярную импедансную реографию. В биполярной реографии используют два электрода (рис. 1, а) для пропускания переменного тока через участок биологической ткани или органа и для измерения импеданса разности потенциалов исследуемого участка (разности потенциалов). При тетраполярной схеме измерений (рис. 1, б) применяют четыре электрода, два из которых – токовые (зондирующие), два других – измерительные.

Биполярная методика дешевле и проще в реализации и практическом применении, однако, имеет следующие недостатки:

— плотность тока в тканях выше вблизи электродов, чем на удалении, что вызывает вклад импеданса тканей вблизи электродов в общий измеряемый импеданс с бóльшим весом, чем вклад импеданса других, более удалённых тканей и вносит дополнительную погрешность в расчётные параметры;

— пульсации крови в тканях помимо соответствующих изменений импеданса тканей в измерительном объёме вызывают также значительные артефактные изменения импеданса контакта «электрод-кожа»; разделить эти два эффекта в большинстве случаев не представляется возможным.

При тетраполярной методике исследуемый участок органа или ткани находится между измерительными (кольцевыми) электродами, где плотность линий тока равномерна и влияние искажений линий поля вблизи токовых электродов минимально. Влияние пульсаций крови на импеданс контакта «электрод-кожа» в этом случае на порядок меньше, чем при биполярной методике. Для уменьшения двигательных артефактов в сигнале используют неполяризующиеся электроды.

В импедансной реографии для определения параметров кровотока чаще применяют тетраполярную методику регистрации. При этом отношение расстояния (l) между измерительными электродами к расстоянию (L) между токовыми электродами, как правило, не превышает 0,6 (l/L£0,6) для обеспечения необходимой точности измерения параметров кровотока при учёте других источников погрешности.

Физические основы реографии Основной задачей метода реографии является определение изменения объёма крови в исследуемом участке тела вследствие пульсового кровенаполнения. Зависимость между изменением объема крови в исследуемом участке (dV) и изменением электрического импеданса (dZ) этого участка при зондировании электрическим током допустимых частоты и величины называется основным реографическим уравнением. При выводе данного уравнения делается допущение, что общий импеданс (здесь и в дальнейшем имеется ввиду электрический импеданс) исследуемого участка тела, конечности, может быть представлен в виде параллельного соединения двух составляющих (рис. 2): переменного импеданса (Zкр) и постоянного импеданса (Zтк). Значение Zкр определяется объемом и пассивными электрическими свойствами крови в исследуемом участке. Значение Zтк при фиксированных параметрах зондирующего тока отражает импеданс всех других тканей (жировой, мышечной и др.) без учета их кровенаполнения.

Согласно схеме рис. 2, общий импеданс исследуемого участка, конечности, (Z) определяется как

 

Физические основы реографии . (1)

 

Продифференцируем выражение (1) по времени. В процессе исследований, в том числе под действием пульсового кровенаполнения, составляющая Zтк не изменяется, то

 

Физические основы реографии , (2)

 

где Zкр рассчитывается по формуле однородного проводника.

 

Физические основы реографии , (3)

 

где под l понимают размер зондируемой области, например, определяемый расстоянием между кольцевыми измерительными электродами, наложенными на нижнюю конечность – ногу человека – при тетраполярной импедансной реографии; S – эквивалентная площадь сечения кровеносных сосудов V – объём крови в исследуемой области; ρкр – удельное сопротивление крови человека.

Подставив выражение (3) в выражение (2), получим

 

Физические основы реографии ;

 

Физические основы реографии . (4)

 

Выражение (4) называется основным реографическим уравнением, позволяющим оценивать изменения объёма крови по измеряемым значениям электрического импеданса исследуемого участка тела и изменениям импеданса во времени, например, под действием пульсового кровенаполнения. Уравнение (4) требует введения поправочных коэффициентов в случае невыполнения принятых при выводе допущений, когда форма исследуемого участка далека от цилиндрической, участок не однороден по своим пассивным электрическим свойствам, электроды не являются кольцевыми, схема наложения электродов не соответствует симметричной тетраполярной схеме и т.д.

Выражение (4) может быть использовано при любых частотах воздействующего тока. При частотах зондирующего тока 50 кГц – 200кГц, используемых в импедансной реографии, влияние поляризационных эффектов мало, и биологические ткани можно рассматривать в виде активного сопротивления. В этом случае в выражении (4) вместо импеданса Z используют близкие по величине значения активного сопротивления R и его изменения во времени dR.

 

Источник: megapredmet.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.