Влияние гипоксии на периферический кровоток с использованием метода доплерометрии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Цель исследования

2. Задачи исследования

3. Обзор литературы

3.1 Гипоксемия и гипоксия

3.1.1 Гипоксемия

3.1.2 Гипоксия

3.1.3 Механизмы адаптации сосудистой системы к условиям гипоксии

3.2 Основы строения и функции сосудистой системы

3.2.1 Строение и функции сосудов

3.2.2 Лучевая артерия (a.radialis)-сосуд резистивного типа

3.2.3 Основы гемодинамики

3.2.4 Основные механизмы регуляции сосудистого тонуса

3.3 Исследование сосудов. Основы метода УЗДГ

3.3.1 Физические основы доплерографии

4. Организация и методика исследования

4.1 Качественная оценка спектра

4.2 Количественная оценка спектра

5. Результаты исследования и их обсуждение

6. Выводы

Заключение

Список литературы

Введение

Общебиологический принцип гомеостазиса ввел В.А. Березовский, 1978.

Основная часть мактоэргов образуется в митохондриях, в которых происходит сопряженное с фосфорилированием окисление субстратов, следовательно, для нормально энергообеспечения жизненных процессов, необходимо непрерывная поступление в митохондрии субстратов и кислорода. Если количество АТФ не удовлетворяет запросам организма возникает состояние энергетического дефицита, что приводит к закономерным метаболическим, функциональным и морфологическим нарушениям. При этом также возникают разнообразные приспособительные и компенсаторные реакции организма. Совокупность всех этих процессов называется гипоксией.

Рассматриваемые вопросы имеют не только теоретическое значение, но и представляют большой интерес для практической медицины. Каждый клиницист в той или иной степени знаком с явлениями гипоксии. Но особенно важны эти сведения для специалистов, обеспечивающих медицинскую службу в водолазном деле, подводном плавании, космосе, авиации, в танковых подразделениях и в фортификационных сооружениях, где газовая среда, окружающая организм, может изменяться в результате аварийной ситуации или при неправильном использовании соответствующей техники, обеспечивающей подачу воздуха и газовых смесей.

Большие заслуги в изучении рассматриваемых состояний принадлежат сотрудникам лабораторий и кафедр академии.

Острые формы данных патологических состояний являются наиболее распространенными и возникают при определенных ситуациях, как правило, внезапно, особенно в подводном плавании, водолазном деле, альпинистском деле, авиации, танках и т.д. Сведения об острых формах гипоксемии и гипоксии необходимы, прежде всего врачам при проведении лечебно-профилактических мероприятий в условиях использования некоторых видов военной техники и при медицинском обеспечении личного состава в условиях горной местности, в связи с созданием горных альпинистских бригад ВС РФ*. К тому же, гипоксии подвержен любой человек, испытывающий физическую нагрузку, а значит, профессиональные спортсмены практически постоянно находятся в условии гипоксии.

Существует множество методик изучения гипоксических состояний, основанных на базировании в соответствии с системами организма (дыхательной, кровеносной и др.).

Мы для изучения явления гипоксии выбрали методику изучения именно кровеносной системы, которая непосредственным образом и самая первая реагирует на малейшие изменения в газовом составе воздуха. Одними из наиболее информативных и применяемых в современной медицине средств исследования функций и сопутствующих им показателей крови является ультразвуковая диагностика, частным примером которой является метод доплерографии. Он широко используется сейчас в клинической практике как действенный метод диагностики и профилактики сосудистых заболеваний различного патогенеза, и соответственно применим в различных областях медицины, таких как, например, сердечно-сосудистая хирургия, кардиохирургия, ангиопластика и др.

1. Цель исследования

Цель - изучение влияния гипоксии на компенсаторные механизмы реактивности сосудистой системы организма человека.

2. Задачи исследования

Задачи:

Изучение теоретического материала по темам:

- «Общая гипоксия»

- «Нормоболическая гипоксическая гипоксия»;

- «Система крови и ее функции»;

- «Системы реактивности организма»;

- «Влияние гипоксии на кровеносную систему»;

- «Ультразвуковая диагностика»;

- «Доплерометрия».

Освоение методики ультразвукового исследования кровотока-доплерометрии, с использованием портативного ультразвукового доплерографа Минимакс-допплер-фоно.

Проведение курсовой работы на тему «Влияние гипоксии на перферический кровоток» с использованием метода доплерометрии.

Обобщение собранного теоретического и практического материала по работе и анализ результатов доплерографии, полученных при проведении исследований.

Вывод по исследовательской работе.

3. Обзор литературы

3.1 Гипоксемия и гипоксия

3.1.1 Гипоксемия

История развития учения о гипоксемии

Наблюдения и изучения влияния на организм пониженного атмосферного давления проводилось с давних времен. В 1569 году И. Акоста, участвуя в военной экспедиции на хребты Перу, во время которой большинство участников ощущали недомогание, первый высказал предположения, что страдания, испытываемые человеком на больших высотах, связанны с разреженностью воздуха. На протяжении почти 200 лет после этого вопрос о патогенезе гипоксемии, вызванной дыханием воздуха с пониженным содержанием кислорода, оставался мало изученным.

Впервые описал основные симптомы гипоксемии у человека и животных при дыхании воздухом с пониженным парциальным давлением кислорода французский ученый Бер в 1878 году. Он первый доказал, что действие разреженной атмосферы, ведущее к гипоксемии, обусловлено снижением парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Ему принадлежит конструкция специальных металлических камер низкого атмосферного давления, в которых он проводил исследования и которые до настоящего времени являются образцами для постройки современных барокамер.

Оригинальные опыты П.Бера и его обобщения по ряду вопросов гипоксемии являются справочными и отправными данными и широко используются последователями этого научного направления.

Значительное место в истории учения о гипоксемии занимают исследования И.М. Сеченова(1880г.,1935г.), его учеников и последователей - В.В.Пашутина(1881г.), П.М.Альбицкого(1883г., 1884г., 1904г.), Е.А.Карташевского (1906г.), И.Р. Петрова(1949г.,1952г.) и др.

Итак гипоксемия (от hipo лат. мало, лат. oxygenium -- кислород и греч. hаеma -- кровь) представляет собой понижение содержания кислорода в крови вследствие различных причин, среди которых наиболее часто: нарушения кровообращения, повышенная потребность тканей в кислороде (избыточная мышечная нагрузка и др.), уменьшение газообмена в лёгких при их заболеваниях, уменьшение содержания гемоглобина в крови (например, при анемиях), уменьшения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе (высотная болезнь) и др. При гипоксемии парциальное давление кислорода в артериальной крови (РаО2) составляет менее 60 мм рт. ст., сатурация ниже 90 %. Гипоксемия является одной из причин гипоксии.

3.1.2 Гипоксия

Гипоксимя (др.-греч. hypo -- под, внизу и лат. oxygenium -- кислород) -- состояние кислородного голодания как всего организма в целом, так и отдельных органов и тканей, вызванное различными факторами: употреблением алкоголя, курением, задержкой дыхания, болезненными состояниями, малым содержанием кислорода в атмосфере, смертью организма. Вследствие гипоксии в жизненно важных органах развиваются необратимые изменения. Наиболее чувствительными к кислородной недостаточности являются центральная нервная система, мышца сердца, ткани почек, печени. Она может вызывать появление необъяснимого чувства эйфории, приводит к головокружениям, низкому мышечному тонусу.

Классификация (по П.Ф. Литвицкому, 2004):

По этиологии:

Гипоксическая (экзогенная) -- при снижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе (низкое атмосферное давление или закрытые помещения):

- Нормобарическая;

- Гипобарическая.

Эндогенная:

- Дыхательная -- при нарушении транспорта кислорода из атмосферы в кровь (дыхательная недостаточность);

- Гемическая (кровяная) -- при снижении кислородной емкости крови (анемия; инактивация гемоглобина угарным газом или окислителями);

- Циркуляторная (сердечно-сосудистая) -- при недостаточности кровообращения (сердца либо сосудов);

- Тканевая (гистотоксическая) -- при нарушении использования кислорода тканями (пример: цианиды блокируют цитохромоксидазу -- фермент дыхательной цепи митохондрий);

- Перегрузочная - вследствие чрезмерной функциональной нагрузки на орган или ткань (в мышцах при тяжелой работе, в нервной ткани во время эпилептического приступа);

- Смешанная -- любая тяжелая/длительная гипоксия приобретает тканевый компонент (гипоксия > ацидоз > блокада гликолиза > отсутствие субстрата для окисления > блокада окисления > тканевая гипоксия).

По распространенности:

Общая

Местная

По скорости развития:

Молниеносная

Острая

Подостра

Хроническая

По выраженности расстройств:

Легкая

Средней тяжести

Тяжелая

«Критическая» (летальная)

Патогенез

В общем случае гипоксию можно определить как несоответствие энергопродукции энергетическим потребностям клетки. Основное звено патогенеза -- нарушение окислительного фосфорилирования в митохондриях, имеющее 2 последствия:

1. Нарушение образования АТФ > энергодефицит > нарушение энергозависимых процессов, а именно:

сокращения -- контрактура всех сократимых структур,

синтеза -- белков, липидов, нуклеиновых кислот,

активного транспорта -- потеря потенциала покоя, поступление в клетку ионов кальция и воды.

2. Накопление молочной кислоты и кислот цикла Кребса > ацидоз, вызывающий:

блокаду гликолиза - единственного пути получения АТФ без кислорода;

повышение проницаемости плазматической мембраны;

активацию лизосомальных ферментов в цитоплазме с последующим аутолизом клетки.

3.1.3 Механизмы адаптации сосудистой системы к условиям гипоксии

В условиях гипоксии развивается феномен перераспределения, или централизации, кровотока.

Причины и механизмы феномена централизации кровотока:

активация в условиях гипоксии симпатоадреналовой системы и высвобождение катехоламинов. Последние вызывают сужение артериол и снижение притока крови по ним к большинству тканей и органов (мышцам, органам брюшной полости, почкам, подкожной клетчатке и др.).

быстрое и значительное накопление в миокарде и ткани мозга метаболитов с сосудорасширяющим эффектом (аденозина, простациклина, кининов и др.), которые не только препятствуют реализации вазоконстрикторного действия катехоламинов, но и обеспечивают расширение артериол и увеличение кровоснабжения сердца и мозга в условиях гипоксии.

Последствия при адаптации к гипоксии (суть феномена централизации):

расширение артериол и увеличение кровоснабжения мозга и сердца.

одновременное сужение просвета артериол и уменьшение объема кровоснабжения в других органах и тканях

3.2 Основы строения и функции сосудистой системы

3.2.1 Строение и функции сосудов

Гемодинамика, в отличие от гидродинамики, изучающей движение жидкостей и их взаимодействие с обтекаемыми твердыми телами, исследует кровоток и взаимодействие его со стенками сосудов и препятствиями. Кровь представляет собой смесь плазмы и форменных элементов (главным образом эритроцитов). Гидродинамические принципы, используемые для допплерографической оценки кровотока, обычно применимы для сосудов более 1 мм в диаметре. Знание этих принципов позволяет грамотно подходить к проведению ультразвукового исследования и оценке полученных результатов.

Сердечно-сосудистая система состоит из сердца и сосудов - артерий, капилляров и вен, которые последовательно соединены в два отдела - большой и малый круги кровообращения Транспортная функция сердечно-сосудистой системы заключается в том, что сердце (насос) обеспечивает продвижение крови (транспортируемой среды) по замкнутой цепи сосудов (эластических трубок).

Большой круг кровообращения начинается из левого желудочка, выбрасывающего во время систолы кровь в аорту. От аорты отходят многочисленные артерии, и в результате кровоток распределяется по нескольким параллельным региональным сосудистым сетям, каждая из которых снабжает кровью отдельный орган сердце, головной мозг, печень, почки, мышцы, кожу и т.д. Артерии делятся дихотомически, и поэтому по мере уменьшения диаметра отдельных сосудов общее их число возрастает. В результате разветвления мельчайших артерий (артериол) образуется капиллярная сеть - густое переплетение мелких сосудов с очень тонкими стенками. В капиллярах происходят процессы, обеспечивающие специфические функции системы кровообращения, т.е. двусторонний обмен различными веществами между кровью и клетками. При слиянии капилляров образуются венулы , последние собираются в вены. В правое предсердие входят только две вены - верхняя полая и нижняя полая.

Малый круг кровообращения начинается с правого желудочка, выбрасывающего кровь в легочный ствол. Затем кровь поступает в сосудистую систему легких, имеющую в общих чертах то же строение, что и большой круг кровообращения. Кровь по четырем крупным легочным венам оттекает к левому предсердию, а затем поступает в левый желудочек.

Функциональные группы сосудов. Все сосуды в зависимости от выполняемой ими функции можно подразделить на шесть групп 1) амортизирующие сосуды, 2) резистивные сосуды, 3) сосуды-сфинктеры, 4) обменные сосуды, 5) емкостные сосуды, 6) шунтирующие сосуды.

Амортизирующие сосуды. К этим сосудам относятся артерии эластического типа с относительно большим содержанием эластических волокон - аорта, легочная артерия и прилегающие к ним участки больших артерий (рис 1) Выраженные эластические свойства таких сосудов обуславливают амортизирующий эффект, так называемый Windkessel-эффект («Windkessel» по-немецки означает «компрессионная камера») (рис. 2). Этот эффект заключается в амортизации (сглаживании) периодических систолических волн кровотока .

В более дистально расположенных артериях больше гладкомышечных волокон, поэтому их относят к артериям мышечного типа. Артерии одного типа плавно переходят в сосуды другого типа.

Резистивные сосуды. К резистивным сосудам относят артерии мышечного типа - концевые артерии, артериолы и, в меньшей степени, капилляры и венулы. Именно концевые артерии и артериолы, т. е. прекапиллярные сосуды, имеющие относительно малый просвет и толстые стенки с развитой гладкой мускулатурой, оказывают наибольшее сопротивление кровотоку. Изменения степени сокращения мышечных волокон этих сосудов приводят к отчетливым изменениям их диаметра и, следовательно, общей площади поперечного сечения. Если учесть, что гидродинамическое сопротивление в значительной степени зависит от поперечного сечения, то неудивительно, что именно сокращения гладких мышц прекапиллярных сосудов служат основным механизмом регуляции объемной скорости кровотока, а также перераспределения сердечного выброса (системного дебета крови) по разным органам.

Обменные сосуды. К этим сосудам относят капилляры. Именно в них происходят такие важнейшие процессы, как диффузия и фильтрация (дренажная функция). Капилляры не способны к сокращениям, диаметр их изменяется пассивно вслед за колебаниями давления в пре- и посткапиллярных резистивных сосудах (рис. 3). Диффузия и фильтрация происходят также в венулах, которые следует поэтому относить к обменным сосудам .

Емкостные сосуды - это главным образом вены. Благодаря своей высокой растяжимости вены способны вмещать или выбрасывать большие объемы крови без существенных изменений параметров кровотока (рис. 4) В связи с этим они могут играть роль резервуаров крови .

Отдельные вены при низком внутрисосудистом давлении уплощены (т.е. имеют овальный просвет) и поэтому могут вмещать некоторый дополнительный объем, не растягиваясь, а лишь приобретая форму, более приближенную к цилиндру.

Некоторые вены отличаются особенно высокой емкостью как резервуары крови, что связано с их анатомическим строением. К таким венам относятся, прежде всего, вены печени, крупные вены чревной области, вены подсосоч-кового сплетения кожи. Вместе эти вены могут удерживать более 1000 мл крови, которая при необходимости выбрасывается в общее сосудистое русло.

В замкнутой сосудистой системе изменения емкости какого-либо отдела обязательно сопровождаются перераспределением объема крови. Поэтому изменения емкости вен, наступающие при сокращениях гладких мышц, влияют на распределение крови во всей кровеносной системе и тем самым прямо или косвенно влияют на общую функцию кровообращения.

3.2.2 Лучевая артерия (a.radialis) - сосуд резистивного типа

Классификация: резистивный сосуд (артерия мышечного типа)

Строение: относительно малый просвет и толстая стенка с развитой гладкой мускулатурой, диаметр-от 1,7 до 2,3мм (при среднем показателе 1,9±0,27 мм) (Пащенко П.С., 2004)

Топография: выйдя из локтевой ямки, направляется вдоль лучевой кости в лучевую борозду (sulcus radialis). В дистальной части этой борозды она покрыта только кожей и фасцией (в этом месте исследуют импульс). Миновав шиловидный отросток (processus styloideus radii), артерия поворачивает на тыльную сторону кисти. При этом она проходит под сухожилиями трех мышц большого пальца (в «анатомической табакерке») и далее проникает через первый межпястный промежуток на ладонь, где участвует в образовании глубокой ладонной дуги (Гайворонский И.В., 2007).

3.2.3 Основы гемодинамики

Движущей силой кровотока служит разница давлений между различными отделами сосудистого русла, кровь течет от области высокого давления к области низкого давления. Ниже рассмотрены основные характеристики кровотока и факторы, влияющие на него.

Объемная скорость кровотока - это объем крови, протекающий через поперечное сечение сосуда в единицу времени. Объемная скорость кровотока Vоб равна отношению разности давлений между двумя разными точками (Р2 -Р1) к гидродинамическому сопротивлению этого участка R:

Vоб = (Р2-Р1)/R. (1)

Это соотношение по аналогии с известным законом для электрического тока называют законом Ома. Величина С , обратная сопротивлению, называется проводимостью. При постоянном градиенте давления объемная скорость кровотока возрастает пропорционально проводимости.

Объемную скорость кровотока можно вычислить, зная линейную скорость Vср и поперечное сечение сосуда S или его радиус r:

Vоб = Vср S. (2)

Площадь поперечного сечения сосуда определяется по формуле:

S = р r2. (3)

Объемная скорость кровотока отражает кровоснабжение того или иного органа. Единицей измерения является мл/с.

В соответствии с законом неразрывности струи объемная скорость тока жидкости в системе из трубок разного диаметра (т. е. в системе, подобной кровеносной) постоянна, независимо от поперечного сечения трубки. Следовательно, для двух последовательных сегментов (1 и 2) справедливо равенство (рис. 5)

Таким образом, если через последовательно соединенные трубки протекает жидкость с постоянной объемной скоростью, линейная скорость движения жидкости в каждой трубке обратно пропорциональна площади ее поперечного сечения .

Вязкость крови. Если текущая жидкость соприкасается с неподвижной поверхностью (например, при движении жидкости в трубке), то слои такой жидкости перемещаются с различными скоростями. В результате между этими слоями возникает напряжение сдвига: более быстрый слой стремится вытянуться в продольном направлении, а более медленный задерживает его Показателем, отражающим это «внутреннее сопротивление» жидкости, служит ее вязкость Ю.

Вязкость гомогенных жидкостей (например, воды, раствора электролитов, плазмы крови) обычно зависит только от температуры. Кровь состоит из плазмы и форменных элементов и поэтому является гетерогенной (неньютоновской) жидкостью, вязкость ее варьирует и зависит в основном от количества клеток и в меньшей степени от содержания белков в плазме. Кроме того, вязкость гетерогенных жидкостей зависит также от размеров (радиуса и длины) трубок, по которым они текут.

Взаимосвязь между объемной скоростью тока жидкости и гидродинамическим сопротивлением. В условиях стационарного состояния и ламинарного потока силы, создаваемые градиентом давления между двумя концами каждого концентрического слоя жидкости, должны быть уравновешены силами трения, создаваемыми между трущимися поверхностями этих слоев. Решая соответствующие уравнения, можно получить параболический профиль скоростей, характерный для ламинарного потока, при этом средняя скорость тока жидкости будет зависеть от квадрата радиуса трубки. Объемная скорость кровотока рассчитывается исходя из закона Хагена-Пуазейля:

где ДP - разность давлений, r - радиус сосуда, Ю - вязкость жидкости, l - длина сосуда. Коэффициент 8 появляется в результате интегрирования скоростей слоев.

Согласно (1) и (10), гидродинамическое сопротивление потоку определяется по формуле:

Видно, что объемная скорость прямо пропорциональна, а гидродинамическое сопротивление обратно пропорционально радиусу трубки в четвертой степени. Поэтому обе эти величины гораздо больше зависят от изменений диаметра сосудов, чем от изменений их длины, градиента давления или вязкости жидкости. Так, если в исходном состоянии объемная скорость кровотока через сосуд равна 1 мл/с, то при увеличении его диаметра вдвое она составит 16 мл/с, а при увеличении вчетверо - 256 мл/с, гидродинамическое же сопротивление при этом уменьшается соответственно в 16 и 256 раз.

С учетом этих соотношений ясно, что при местных или системных приспособительных реакциях сосудистого русла главную роль в регуляции давления и объемной скорости кровотока играют изменения радиуса сосудов.

Однако закон Хагена-Пуазейля и закон Ома имеют ограничения-следовательно, кровоток в отдельных органах или сосудистой системе в целом не может быть ими точно описан. Вследствие этого для более точного изучения гемодинамики необходимо разработать более тонкие методы, позволяющие учитывать дополнительные факторы, часть из которых оценить довольно сложно.

Сопротивление в различных отделах сосудистой системы. Сопротивление в аорте, больших артериях и относительно длинных артериальных ответвлениях составляет лишь около 19% общего сосудистого сопротивления. На долю же конечных артерий и артериол приходится почти 50% этого сопротивления. Таким образом, почти половина периферического сопротивления создается сосудами длиной всего несколько миллиметров. Это колоссальное сопротивление связано с тем, что диаметр концевых артерий и артериол относительно мал, и это уменьшение просвета не компенсируется полностью ростом числа параллельных сосудов Сопротивление в капиллярах также достаточно велико - около 25% общего сопротивления. В венозном русле наибольшее сопротивление приходится на долю венул (4%), вклад всех остальных сосудов составляет лишь 3% . (рис. 6)

Индекс резистентности Pourcelot (RI) определяется как отношение разности максимальной систолической скорости кровотока Vas (Vmaxs) и конечной диастолической скорости кровотока Vendd к максимальной систолической скорости:

Пупьсационный индекс Gosling (РI) определяется как отношение разности максимальной скорости кровотока Vmax, и минимальной скорости кровотока Vmin к средней скорости Vmean в течение сердечного цикла. Средняя скорость Vmean -это усредненная по времени в течение сердечного цикла максимальная (в спектре скоростей) скорость потока:

3.2.4 Основные механизмы регуляции тонуса сосудов

В регуляции сосудистого тонуса выделяют ряд механизмов:

Миогенный механизм. Базальный тонус, представляющий сумму механического /растяжения сосудистой стенки и сократительной активности гладкомышечных клеток/ и химического фактора /сосудорасширяющего действия местных метаболитов, кислот, адениловых производных и др./, при этом регуляция мышечных клеток за счет концентраций кислорода, углекислого газа и ионов водорода происходит на уровне прекапиллярных сфинктеров.

Нейрогенный механизм. Симпатическое адренергическое сосудосуживающее и сосудорасширяющее действие и парасимпатическое сосудорасширяющее действие на прекапилляры слюнных желез, некоторых желез ЖКТ, мягких мозговых оболочек.

Гуморальный механизм, при котором сосудосуживающий эффект оказывают(вазоконстрикторы):

норадреналин через альфа-адренорецепторы мембран гладкомышечных клеток;

адреналин через альфа-адренорецепторы гладкомышечных клеток;

вазопрессин, ангиотензин, альдостерон и серотонин за счет повышения чувствительности к катехоламинам. Серотонин кроме того повышает проницаемость капилляров и способствует высвобождению гистамина из тканей;

а сосудорасширяющее действие оказывают (вазодилятаторы):

адреналин через бета-адренорецепторы;

гистамин на фоне повышения проницаемости;

каллекриинкининовая система;

простагландины и т.д.

Активное участие в регуляции сосудистого тонуса принимает также эндотелий, вырабатывая различные биологически активные вещества (БАВ) (см. Таб.№1)

Таблица №1.

Основные эндотелиальные факторы, влияющие на тонус сосудов:

Вазоконстрикторы	Вазодилататоры
Эндотелин- 1 Тромбоксан А2 (ТХА2)	Оксид азота (N0) Эндотелиальный гиперполяризующий фактор (EDHF)
20-НЕТЕ (20-гидроксиэйкозотетраеновая кислота)	Простациклин Адреномедуллин Моноокись углерода (СО) Натрийуретический пептид (С) Анандамид
Ангиотензин-II (АТ- II)	АТФ, АДФ Кинины

Не все вазоактивные вещества можно четко отнести к вазоконстрикторам или вазодилятаторам. Для ряда веществ существует несколько типов рецепторов (например, для адреналина и норадреналина), через одни из них опосредуются сосудосуживающие, а через другие - сосудорасширяющие эффекты; кроме того, активация рецепторов одного типа расположенных на эндотелии и на гладкомышечных клетках сосудов, не редко вызывает противонаправленный эффект. А так же в сосудах непрерывно реализуется принцип антагонистической регуляции, поскольку воздействие сосудосуживающих факторов почти всегда сопровождается одновременной стимуляцией образования и сосудорасширяющих веществ.

Суммарный эффект (вазоконстрикторный или вазодилатирующий) для многих веществ зависит либо от их дозы, либо от типа и локализации сосудов, на которые эти вещества действуют, поскольку распределение разных рецепторов в артериях, артериолах и венулах, и даже в однотипных сосудах, но в различных регионах, может быть неодинаковым. Поэтому некоторые вазоактивные вещества отнесены к вазоконстрикторам или вазодилататорам по их преимущественному эффекту на сосудистый тонус (Н.Н. Петрищев, Т.Д. Власов 2003 г.).

3.3 Исследование сосудов. Основы метода УЗДГ

В нашей работе мы будем пользоваться ультразвуковым доплерографом. Для понимания происходящих процессов, необходимо вникнуть в физические основы метода ультразвуковой доплерографии.

3.3.1 Физические основы доплерографии

Ультразвуковые допплеровские методы являются эффективным средством неинвазивного исследования характеристик движения тканей в организме человека и широко применяются в кардиологии и сосудистой диагностике. Рассматриваемые методы бурно развиваются, поэтому терминология в этой области еще не устоялась. Можно ввести следующую классификацию допплеровских методов в зависимости от способов получения и отображения информации:

1. Метод оценки изменения во времени скорости кровотока в сечении сосуда или части сечения сердца, сосуда.

2. Метод оценки ЧСС (частоты сердечных сокращений) с использованием допплеровского эффекта.

3. Спектральная допплеровская эхография, или, кратко, спектральный допплер - оценка спектра скоростей кровотока в сердце и сосудах в процессе его изменения во времени.

4. Методы цветовой допплеровской эхографии, к которым, прежде всего, относится цветовое доппперовское картирование кровотока - двухмерное изображение биологических структур, в котором скорость движения отдельных элементов отображается с помощью цвета различных оттенков.

Эффект Доплера

Основой допплеровских методов является эффект Допплера, который состоит в том, что частота колебаний звуковых волн, излучаемых источником (передатчиком) звука, и частота этих же звуковых волн, принимаемых некоторым приемником звука, отличаются, если приемник и передатчик движутся друг относительно друга (сближаются или удаляются). Тот же эффект наблюдается, если в приемник поступают сигналы источника звука после отражения движущимся отражателем. Этот последний случай имеет место при отражении ультразвуковых сигналов от движущихся биологических структур (например, клеточных элементов крови).

Допплеровский сдвиг частоты. Допплеровский угол

В ультразвуковых диагностических приборах определяется не сама частота колебания, поступающего в приемник, а разность этой частоты f и частоты f0 -колебания, излучаемого источником. Эта разность называется допплеровским сдвигом частоты. Для случая движения отражателя в сторону датчика допплеровский сдвиг Fд можно вычислить следующим образом:

Скорость движения биологических структур (например, кровотока) не превышает, как правило, нескольких метров в секунду Скорость звука С в мягких биологических тканях в среднем равна 1540 м/с. Поэтому можно принять, что v < С, т е скорость движения структур существенно меньше скорости звука. Тогда выражение для допплеровского сдвига FД имеет вид:

Когда отражатель движется к датчику, допплеровский сдвиг положителен. Если отражатель движется в противоположную от датчика сторону со скоростью (-v), то допплеровский сдвиг отрицателен.

В вышерассмотренных примерах предполагалось, что отражатель движется вдоль направления на датчик (по оси датчика, а точнее, вдоль оси ультразвукового луча). В общем случае движение отражающих структур может происходить в произвольном направлении, т. е. вектор скорости движения может быть направлен под некоторым углом относительно направления на датчик. Допплеровский сдвиг частоты определяется проекцией скорости v на линию, соединяющую отражатель с датчиком, т.е. величиной vcosa. Следовательно, выражение для допплеровского сдвига частоты должно иметь вид:

где Fд -- допплеровский сдвиг, fо -- исходная частота. V -- скорость эритроцитов,

С -- скорость распространения ультразвука в тканях, a -- угол между продольными осями датчика и сосуда.

Сдвиг частот прямо пропорционален скорости эритроцитов и косинусу угла между продольными осями датчика и сосуда. Метод позволяет оценивать линейную (см/с), но не объемную (л/м2) скорость кровотока. Угол а нельзя измерить, его можно лишь предположить. Скорость распространения ультразвука в тканях равна примерно 1540 м/с. Исходной частотой для ТКДГ является 2 МГц. Влияние угла а на получаемые данные:

-- отсутствует, если датчик перпендикулярен сосуду (а = 90°);

-- без искажения, если ось датчика лежит на одной линии с осью сосуда (а = 0° или а = 180°).

Необходимо помнить, что при углах а менее 25° или более 155° (так называемые критические углы) ультразвук может не проходить между стенкой сосуда и кровью, а полностью отражаться от этой границы.

Наш слух воспринимает звуки с частотой от 20 Гц до 20 кГц. В пределах этих границ находится диапазон допплеровского сдвига, что делает его слышимым в современных ультразвуковых приборах. Необходимо различать шум движения крови по сосудам и шум частотного сдвига -- это разные явления. Во время исследования желательно слушать допплеровский сдвиг, так как ухо является тонким анализатором спектра частот.

Направление движения крови, то есть знак частотного сдвига зависит от угла а (рис. 16). При а < 90°; соs а > 0; V > 0 кровь движется к датчику; при а > 90°; соs а < 0; V < 0 -- от датчика.

4. Организация и методика исследования

Выбранный нами метод ультразвуковой доплерографии имеет ряд преимуществ, которые делают данное исследование важным во многих клинических ситуациях:

результат не зависит от силы соприкосновения датчика с тканями, т.е. отсутствует сдавленность сосудов;

за счет мгновенной компьютерной обработки получаемых данных, снижено до минимума время от момента измерения до анализа результата;

исследование хорошо переносится пациентом;

возможность проводить исследование в любых труднодоступных для других методов участках организма;

Исследование кровяного русла мы проводили на приборе для неинвазивного исследования кровотока - ультразвуковом портативном доплерографе Минимакс-допплер-фоно (ММ-Д-Ф). Данный прибор снабжен набором датчиков и компьютерным обеспечением.

Во время проведения исследования пациент сидит в кресле, подобранном по высоте для обеспечения удобного положения рук. Для получения лучшего сигнала и исключения сдавления кожи в исследованиях используется контактная среда - акустический гель. Для проведения исследования было отобрано восемь добровольцев. Мы измеряли у них при помощи данного доплерографа изменение скоростных показателей крови в условиях искусственно созданной нормоболической гипоксической гипоксии.

Для создания искусственно гипоксии, испытуемым мы накладывали маску, через которую с помощью гипоксикатора 09-ВП «Эверест» подавали 11%-ную гипоксическую смесь.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ*:

<испытуемые дышат гипоксической смесью с содержанием кислорода 11% 15 минут;

<исследования доплерографом проводятся 3 раза - до начала опыта, на 5-й и 15-й минуте;

<результаты исследования обрабатываются компьютером и выводятся графически в виде доплерограммы и таблицы с результатами;

<попутно прибор автоматически в режиме реального времени показывает насыщенность эритроцитов кислородом в процентах и пульс испытуемого;

АППАРАТУРА для исследования:

1) ультразвуковой портативной доплерограф Minimax-doppler-phono:

Регистрируемые показатели:

а) мониторинг доплерограммы;

б) средние линейные скорости (Vas, Vad, Vam);

в) пульсационный индекс (PI);

г) градиент давления (PG)

Характеристики:

память на 100 измерений

датчик 2, 5, 10 МГц

компактный размер - 196х112х34

масса - 300 г

удобный кейс

передача информации на ПК

возможность работы в автономном режиме и от сети

2) гипоксикатор модели 09-ВП «Эверест».

Основная трудность проведения данного исследования заключалась в невозможности «удержать» исследуемый сосуд в «поле зрения» датчика. Использовался датчик с частотой 20 МГц, позволяющий оценить гемодинамику на глубине от 0 до 0,8 см. Угол постановки датчика составлял 600, что соответствовало наилучшему акустическому и визуальному доплеровскому сигналу. Состояние кровотока определялось по данным спектрального анализа доплеровского сигнала, автоматически, с помощью программного обеспечения. Для выделения ведущих факторов в изменчивости выбранной системы показателей нами был проведен факторный анализ. Факторный анализ показал определяющую роль линейной (V) и объемной (Q) скоростей кровотока. Но с данной моделью доплерографа нам предоставлялась возможность оценки только линейной скорости. Остальные показатели занимали второстепенное место по влиянию на изменчивость системы.

ИЗУЧЕНИЕ ДОПЛЕРОГРАММЫ:

Для получения адекватной кривой необходимо соблюдать ряд условий, поэтому качество результатов доплерометрии зависит в некоторой степени от опыта и навыков исследователя, т.е. метод является операторзависимым.

Показатели линейной скорости потока являются угол-зависимыми. Учитывая, что косинус угла при увеличении его более 60° резко убывает и при 90° равен 0, погрешность при получении допплерограммы стремительно увеличивается, если угол наклона датчика и, следовательно, распространения ультразвука по отношению к продольной оси сосуда (направлению потока), превысит 60°. Поэтому в современных приборах для корректного измерения скорости потока в единицах скорости необходимо, чтобы угол наклона датчика по отношению к направлению потока был не более 60°. Для корректировки угла наклона датчика можно изменить направление плоскости сканирования, угол наклона вариантной допплеровской карты к продольной оси сосуда или угол наклона курсора к продольной оси сосуда.
Для корректного проведения исследования имеет значение положение и величина контрольного объёма в просвете сосуда, соответствующего ламинарной части потока, размер курсора должен занимать как минимум 2/3 просвета сосуда на равном удалении от его стенок.
Подбор оптимального уровня чувствительности частот необходим для определения всех составляющих допплеровского спектра частот и устранения артефактов. При низкой чувствительности регистрируются только частицы, движущиеся с высокой скоростью, а при высоком уровне чувствительности появляются низкоскоростные помехи, не имеющие отношения к характеристике потока. Подбор скоростной шкалы направлен на включение всего диапазона скоростей движения эхомишеней в сосуде. В случае, если выбранная шкала отсекает какие-то скорости, они не регистрируются.

При несоответствии скоростной шкалы скоростным параметрам эритроцитов в сосуде (превышении скорости) появляется элай-зинг-эффект (aliasing), выражающийся в возникновении противоположно направленных составляющих допплеровского спектра. В этом случае появляется артефакт наложения спектров. Компоненты кровотока, превышающие верхнюю границу скоростной шкалы, на допплерограммах регистрируются как обратный кровоток с высокой скоростью.
Физической основой этого эффекта является превышение так называемого предела Найквиста при высокой скорости кровотока, когда допплеровский сдвиг частот существенно увеличивается и не все сегменты спектра анализируются, что приводит к занижению реальной частоты скоростного кровотока.

В этом случае необходимо изменить величину скоростной шкалы, увеличив частоту повторения импульсов, так как по условию Найквиста: частота повторения посылаемых импульсов должна быть вдвое больше допплеровского сдвига частот.

4.1 Качественная оценка спектра

Качественные (аудиовизуальные) характеристики кровотока:

1. Форма доплерограммы (нормальная, регидная волна, демпфированная, разлохмаченная, реверберирующая и др.).

Распределение частот в спектре (заполнение спектрального окна, перераспределение спектральной мощности с доминированием в высокочастотной и/или низкочастотной области, появление дополнительных ультразвуковых сигналов).

3. Направление кровотока (антероградное, ретроградное, двунаправленное, двухфазное).

4. Звуковые характеристики доплеровского сигнала (высокий, гладкий, хриплый, бьющий, музыкальный, «кошачьего мурлыкания»).

*качественная оценка спектра нами не проводилась из-за отсутствия опыта и отсутствия необходимости в его проведении в нашей работе

4.2 Количественная оценка спектра

Линейные скорости кровотока

Vas - максимальная систолическая скорость по кривой средней скорости;

Vam - средняя скорость по кривой средней скорости;

Vad - максимальная диастолическая скорость по кривой средней скорости;

PI - пульсовой индекс(PI=(Vas-Vad)/Vam)

> Единицы измерения - сантиметр в секунду.

Объемные скорости кровотока*

Для определения объемной скорости кровотока необходимо введение значений диаметров сосудов, которые задаются анатомически или измеряются при помощи секторного ультразвукового сканирования.

Vam -средняя скорость потока;

S - площадь сечения сосуда;

D - диаметр сосуда;

> Единицы измерения - миллилитр в минуту.

*объемная скорость нами не учитывалась в ходе исследования

5. Результаты исследования и их обсуждение

Как упоминалось выше, для проведения исследования были отобраны восемь добровольцев. На каждом из них проводились исследования по оценке состояния кровотока при дыхании 11%-ной гипоксической смесью. Все результаты регистрировались и заносились в компьютер, который с помощью программного обеспечения графически их обрабатывал и заносил в таблицу (см. Приложение №1 /примеры 1-8/). По табличным данным мы строили наглядные графики (см. Приложение №1 /примеры 1-8/).



*хочется отметить, что такая процентная насыщенность воздуха кислородом соответствует высоте примерно 5 км над уровнем Мирового Океана и давлению 405 мм рт. ст. (см. Приложение №2 /таб. №1/)

Таб. №1 «Соотношение между величинами парциального давлении кислорода во внешнем воздухе при вдыхании разреженного воздуха и газовых смесей»

П.Н.Граменицкий, 1957

Высота, км	Общее атмосферное давление, мм рт. ст.	Парциальное давление кислорода, мм рт. ст. во вдыхаемом воздухе	Процент кислорода в соответствии газовой смеси при нормально барометрическом давлении
0	760	159	21
1	674	141	18,5
2	596	125	16,4
3	526	110	14,5
4	462	98	12,9
5	405	85	11,2
6	354	74	9,7
7	310	65	8,5
8	267	56	7,5
9	230	48	6,3
10	198	41	5,4
11	171	36	4,7
12	145	30	3,9
13	124	26	3,4
14	105	22	2,8
15	90	18,9	2,4

6. Выводы

Результаты исследования показали, что у всех испытуемых наблюдаются однотипные реакции сосудистой системы при воздействии на организм нормобарической гипоксической гипоксии:

- все скоростные показатели кровотока в лучевой артерии снижаются, что проявляется особенно на пятой минуте экспозиции;

-установлено выраженное повышение периферического сопротивления при гипоксии.

Вследствие этих реакций объем крови, протекающей через периферические сосуды, в нашем случае через лучевую артерию, изменяется, в сторону снижения*

По-видимому, происходит увеличение централизации кровотока в организме, как адаптивная реакция на экстремальное воздействие гипоксии

* о степени снижения нам судить не приходиться, т.к. она носит достаточно индивидуальный характер, и требуются дополнительные исследования в этом направлении

Заключение

кровоток гипоксия доплерометрия

В последнее время метод ультразвуковой диагностики, в частности доплерография, получил широкое распространение в нашей стране, как действенный метод диагностики и профилактики различных сосудистых патологий. Такое распространение с одной стороны, связано с тем, что в последнее время частота возникновения заболеваний связанных с сосудистой патологией неуклонно возрастает, а с другой - доплерография позволяет получить максимально точную картину состояния сосудов, их функциональной активности, при этом являясь совершенно безвредной для организма и комфортной для пациента.

Нынешний рынок медицинской аппаратуры предлагает современному врачу-практику, крайне скудный выбор средств диагностики, что обусловлено, с одной стороны, жесткими требованиями к неинвазивности и безвредности проведения исследований, а с другой - необходимостью получения максимальной информации о тех нарушениях регуляторных процессов, которые подлежат коррекции. С этих позиций использование метода доплерографии является одним из наиболее целесообразных подходов. Ежегодно, в мировой научной литературе публикуется более 500 работ, выполненных с применением данного метода. В то же время до сих пор нет современного руководства, обобщающего последние достижения в этой области.

За период проведения нашей работы, больших минусов у методики мы не обнаружили, кроме конечно высокой операторзависимости, что требует подготовку квалифицированных специалистов и медицинского персонала. В связи с этим, можно сказать, что нами метод не мог быть освоен в полной мере в течение такого короткого промежутка времени.

Список литературы

Лазерная допплеровская флоуметрия микроциркуляции крови / Под. ред. Крупаткина А.И., Сидорова В.В.: Руководство для врачей.-- М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2005. -- 256 с.: ил.

Кучумова Е.Д., Прохорова О.В., Ткаченко Т.Б., Стюф Я.В. Основные методы исследования микроциркуляции пародонта. / Под ред. проф. Ореховой Л.Ю., проф. Петрищева Н.Н./.

Логинова Н.К., Логатская Е.В., Гирина М.Б. Оценка кровоснабжения жевательных мышц при ультразвуковой доплерографии. Центральный НИИ стоматологии, 2005.

Джонсон П. Периферическое кровообращение. М., 1982.-440 с.

Козлов В.А., Артюшенко Н.К., Шалак О.В., Васильев А.В., Гирина М.Б., Гирин И.И., Морозова Е.А., Монастыренко А.Л. Ультразвуковая допплерография в оценке состояния гемодинамики в тканях шеи, лица и полости рта в норме и при некоторых патологических состояниях (Руководство-атлас). - СПб., 2000. - 31 с.

Шостак В.И. Регионарное кровообращение (Лекция для слушателей факультетов подготовки врачей).- Ленинград, 1985.-40 с.

Куприянов В.В., Караганов Я.Л., Козлов В.И. Микроциркуляторное русло//М.:Медицина,1975.-216 с.

Александров О.В. Клиническая оценка функционального состояния микроциркуляторного русла здоровых лиц. М., 1978. Т.XCY, вып. 4. с.103-111 .

Ахмедов К.Б., Кудашова Л.Р., Клименко Т.А. Адаптация капиллярного кровоснабжения печени крыс к физическим нагрузкам различной длительности. Материалы II Всесоюзной научной конференции по проблемам спортивной морфологии. М., 1977. с.20-21.

Васильева В.В. Сосудистые реакции у спортсменов. М., 1971.

Крылова Н.В., Соболева Т.М. Микроциркуляторное русло человека. М., 1986. с.57.

Куприянов В.В. Пути микроциркуляции. Кишинев: Картя Молдовеняска, 1969. 260 с.

Мчедлишвили Г.И. Капиллярное кровообращение. Тбилиси, 1958. с. 186.

Мчедлишвили Г.И. Распределение крови и ее составных частей в системе микроциркуляции/Вестник АМН СССР, 1970. N 11. с.48.

Чернух А.М. Современное состояние разработки проблем микроциркуляции// Вестник АМН СССР, 1968. N 2. с.8-16.

Lewis T. The blood vessels of the human skin and their responses. - London, 1927. P. 322.

Осипов Л.В. Физика и техника ультразвуковых диагностических систем / Медицинская визуализация 1ЭЭ7 №1 С.6-14, №2 С.18-37, №3 С.38-46, №4 С.42-53; 1ЭЭ8 №1 С.28-33, № 2 (в печати).

Ультразвуковая диагностика. Практическое руководство. Под ред. Митькова. М., 1999.

Лукьянов В.Ф. Способ оценки функционального состояния сосудов микроциркуляторного русла / Материалы межд. конф. по микроциркуляции. - Москва-Ярославль, 1997. - С. 148-150.

Панин А.Ф. и Говоров А.И. Дыхательная функция крови и кислотно-щелочное равновесие при дыхании воздухом с измененным газовым составом. Ленинград, 1971.

Кислородное голодание и борьба с ним. / Под ред. проф. Владимирова Г.Е., проф. Петрова И.Р. Ленинград, 1974.

Гипоксия и индивидуальные особенности реактивности. / Под общей ред. д.м.н. Березовского В.А. Киев: «Наукова думка», 1978.

1. Размещено на www.allbest.ru