ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ У ПАЦИЕНТОВ С РАЗЛИЧНОЙ ПАТОЛОГИЕЙ ПОЗВОНОЧНОГО СТОЛБА Текст научной статьи по специальности «Медицинские науки и общественное здравоохранение»

УДК 612.15

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ У ПАЦИЕНТОВ С РАЗЛИЧНОЙ ПАТОЛОГИЕЙ ПОЗВОНОЧНОГО СТОЛБА

СУББОТИНА ТАТЬЯНА ИГОРЕВНА

Заведующая кафедрой общей патологии, Тульский государственный университет,

Тула, Россия

СОКОЛОВА АНАСТАСИЯ ВСЕВОЛОДОВНА

Аспирант, Тульский государственный университет, Тула, Россия

ДЬЯЧКОВА ЕЛЕНА ОЛЕГОВНА

Аспирант, Тульский государственный университет, Тула, Россия

ШУРАЛЁВА ЕЛЕНА ВСЕВОЛОДОВНА

Доцент кафедры медико-биологических дисциплин, Московский финансово-промышленный университет Синергия (университет СИНЕРГИЯ)

Москва, Россия

Аннотация. Данной статье приведены результаты исследования показателей капиллярного кровотока для прогнозирования состояния микроциркуляторного русла в процессе адаптации к мышечной деятельности и исследование влияния физической нагрузки на венулярную систему у человека с патологией позвоночного столба. Кровоток в органах и тканях при значительной физической нагрузке существенно изменяется. Показано, что во время физической нагрузки кровообращение перестраивается в режим максимального удовлетворения потребностей в кислороде работающих мышц, но если количество получаемого работающей мышцей кислорода меньше требуемого, то обменные процессы в ней протекают частично анаэробно. В результате возникает кислородный долг, который возмещается уже после окончания работы.

Ключевые слова: патология позвоночного столба, физическая нагрузка, микроциркуляторное русло, капилляро-венулярный отток, функциональные возможности пациентов.

В связи с ростом патологических изменений позвоночного столба, в настоящее время появилась необходимость в более тщательном изучении физических возможностей организма. Разрабатываются новые формы врачебного контроля, благодаря которым можно изучать реакцию человека с изменениями позвоночника на нагрузку. Особое внимание уделяется респираторной и сердечно-сосудистой системе, анализируется работа сердца, газообмен в тканях и органах, состояние сосудистого русла.

Целью настоящей работы является изучение показателей капиллярного кровотока для прогнозирования состояния микроциркуляторного русла в процессе адаптации к мышечной деятельности и исследование влияния физической нагрузки на венулярную систему у человека с патологией позвоночного столба.

Поставленная цель определила следующие конкретные задачи исследования: 1. изучить метод лазерной доплеровской флоуметрии.

2. разработать модель определения зависимости между показателями микроциркуляторного русла и степенью изменения патологии позвоночного столба у пациентов с патологией сколиоза и искривления осанки.

3. определить зависимость между капилляро-венулярным оттоком и функциональными

возможностями пациентов с патологией сколиоза и искривления осанки.

4. дать долгосрочный прогноз пациенту с данной патологией, насколько богат потенциал данного пациента, а также, насколько близок он к достижению высоких результатов изменения.

Методические приемы диагностики нарушений тканевого кровотока во многом еще остаются несовершенными, что существенно затрудняет изучение микроциркуляции в клинике. Поэтому совершенствование методов исследования микроциркуляторного русла представляет одно из важнейших направлений для практической медицины.

Для исследования микроциркуляции крови применялся прибор ЛАКК-01.

Рассматривается новый метод обработки ЛФД-грамм. Предложенная модель, основана на выделении двух видов кровотока: артериокапиллярного и капилляро-венулярного, каждому из которых соответствует свой диапазон значений показателя микроциркуляции. Обработанная ЛФД-грамма, позволяет оценить скорость каждого из видов кровотока.

При функциональной оценке микрогемодинамики необходимо учитывать тройственный (нейрогенный, миогенный и эндотелиальный) характер регуляции тонуса микрососудов. Данная работа выполнена на базе медицинского центра «Гута клиник» и ГБУЗ «ГКБ №31 им. академика Г.М. Савельевой ДЗМ» города Москвы.

В ходе проведения настоящей работы были обследованы 170 человек в возрасте от 12 лет до 21 года методом лазерной допплеровской флоуметрии. Было выделено 3 группы:

1) Контрольная группа школьники и студенты, не имеющие патологии осанки и сколиоз, 56 человек.

2) Пациенты, имеющие диагноз сколиоз, 48 человек.

3) Пациенты, имеющие искривление осанки, 66 человек.

Метод лазерной доплеровской флоуметрии (ЛДФ) основывается на оптическом (неинвазивном) зондировании тканей монохроматическим сигналом и анализе частотного спектра монохроматического сигнала, отраженного от движущихся в тканях эритроцитов.

Применение ЛДФ позволило повысить качество диагностики различных заболеваний, обнаруживать их на более ранних стадиях, создать базу для более глубокого понимания патогенеза возникающих расстройств микроциркуляции, осуществлять объективные наблюдения за проводимыми лечебными мероприятиями и индивидуальным подбором фармакологических средств. Как показала практика, данный метод является эффективным средством мониторинга за состоянием микроциркуляции в оперируемых органах при выборе оптимальных границ резекции и контроля, за восстановлением микроциркуляции в области накладываемых анастомозов, в трансплантологии для оценки кровотока реципиентного ложа и донорской зоны, а также в постоперационном мониторинге за микрокровотоком в тканях. Отсюда становится понятным, что высокий социальный и экономический эффекты внедрения метода ЛДФ заключается, прежде всего, в своевременной диагностике заболеваний и, как следствие, быстром восстановлении трудоспособности пациентов. В основе лазерной доплеровской флоуметрии лежит использование излучения гелий-неонового лазера малой мощности (632,8 нм), которое хорошо проникает в поверхностные слои тканей. При отражении излучения от движущихся объектов (каковыми являются эритроциты в капиллярах) имеет место изменение частоты сигнала (эффект Доплера). На этом эффекте основывается определение интенсивности микроциркуляции в тканях.

Лазерное излучение к поверхности исследуемого объекта подводится с помощью световода, другой световод используется для передачи отраженного фотосигнала к фотодетектору.

Исследования капиллярного кровотока осложнены следующими обстоятельствами: скорость движения эритроцитов в капиллярах очень мала и составляет десятые и даже сотые доли миллиметра в секунду; характерные длины капиллярных петель не превышают нескольких десятых долей миллиметра. Это требует соответствующего пространственного разрешения прибора. Кроме того, все измерения должны осуществляться бесконтактно, так

как малейшая механическая нагрузка и изменение теплового режима вызывают изменения капиллярного кровотока.

Интегральную характеристику капиллярного кровотока удобно оценивать с помощью показателя микроциркуляции (ПМ):

Прямые экспериментальные данные, полученные с помощью метода оптической денситометрии микрососудов in vivo, показали, что по мере разветвления микрососудов показатель гематокрита в них снижается (гематокрит в крупных сосудах составляет 40-50 %) и достигается в капиллярах 8-9 %.

Для вычисления параметра, близкого к ПМ, используется ещё одна спектральная фильтрация электрического сигнала, формирующегося на выходе фотоприёмника. Сигнал пропускается через фильтр с частотной характеристикой H(f), имеющей подъём в области высоких частот.

Частотная характеристика фильтра H(f) выбрана из условия совпадения параметров ПМ и М1 для равномерного распределения N(v). Численные расчёты показывают, что удовлетворительное совпадение этих параметров имеет место для более широкого функционального класса распределений N(v), например, для нормального распределения.

Таким образом, природа ПМ достаточно сложна; этот показатель включает три основных параметра, определяющих уровень капиллярного кровотока: скорость движения эритроцитов (Уэр), капиллярный гематокрит (Ht) и плотность функционирующих капилляров (Nk), то есть

Входящие в состав ПМ характеристики капиллярного кровотока тесно взаимосвязаны между собой, но имеют различную размерность. Технические особенности метода позволяют определить уровень микроциркуляции в условных единицах (усл. ед.) или перфузионных единицах. Это снимет вопрос о физическом смысле измеряемого показателя.

Для дальнейшего развития лазерной доплеровской флоуметрии существенное значение имеет расшифровка регистрируемого интегрального показателя микроциркуляции и калибровка его в реальных показателях скоростей кровотока в капиллярах.

Кровоток в соседних капиллярах, как показали исследования с помощью прижизненной микросъёмки, отличается крайней неоднородностью. Скорость кровотока в различных капиллярах на площади ткани 1 см2 колеблется от 0,18 до 1,93 мм/с. Учёт всех функционирующих капилляров на заданной площади (1 см2) биообъекта позволил построить гистограмму распределения капилляров по скорости движения эритроцитов, которая показывает, что в тканях можно выделить две группы капилляров:

- с низкой скоростью движения эритроцитов (0,2 - 0,6 мм/с), эти капилляры обеспечивают, так называемый, нутритивный кровоток;

- с высокой скоростью движения эритроцитов (0,9 - 1,4 мм/с), обеспечивающие шунтирующий кровоток.

Для оценки состояния микроциркуляции важно выявить соотношение между нутритивным и шунтирующим кровотоком, так как малейшая гипоксия в тканях приводит к перераспределению кровотока в капиллярах. Дифференцированная оценка состояния нутритивного и шунтирующего кровотока в тканях может быть осуществлена при сочетании использования лазерной доплеровской флоуметрии и прижизненной микроангиоскопии.

Амплитуда сигнала, пропорциональная указанному произведению, измеряется в относительных или перфузионных единицах (пф.ед.). Это связано с принципиальными трудностями при калибровке метода ЛДФ in vitro и in vivo (Borgos J., 2000). При калибровке in vitro организуется, как правило, движение эритроцитов в трубках малого диаметра. В этом случае отмечается увеличение доплеровского сдвига частоты в результате эффектов многократного рассеяния фотона на эритроцитах. Второй принципиальный момент, что калибровочная система неустойчивая, так как в трубках малого диаметра происходит агрегация эритроцитов, что приводит к изменению динамической ситуации. Результаты калибровки in vivo путем сравнения метода ЛДФ с другими известными методами, косвенно

ПМ = vэр Ht Nk

оценивающими состояние микроциркуляции, могут быть применимы с большой осторожностью. Поток крови, определяемый выражением не может быть выражен в абсолютных единицах, например, в мл/с/мм3 (Stefanovska Л., Bracic M., 1999), так как при окклюзии регистрируется броуновское движение остаточной крови, так называемый биологический ноль, который учесть при калибровке не представляется возможным.

Обработка первичной информации производилась с помощью специально разработанного программного обеспечения, которое позволяет: фиксировать время проведения исследования, просматривать записанные изображения капиллярного кровотока, скорость капиллярного кровотока, артериокапиллярный приток (АкП) и капилляровенулярный отток (КвО). В качестве основного использовался показатель капилляро-венулярного оттока

В нашем исследовании для оценки общего состояния микроциркуляции световодный зонд устанавливался на предплечье (Бранько В.В. и др., 1999), на срединной линии на 4 см выше основания шиловидных отростков локтевой и лучевой костей. Выбор этой области обусловлен тем, что она бедна артериоловенулярным анастомозами, поэтому в большей степени отражает кровоток в нутритивном русле. Исследования проводились в течение осени 2023 до сентября 2024 года. При этом испытуемым предлагался комплекс щадящих нагрузок для адаптации мышечной деятельности организма

При проведении исследования соблюдались следующие условия:

- Исследуемый находится в положении сидя, рука должна находиться на уровне сердца. В ходе диагностики, проводимой по единой методике, положение испытуемых должно быть одинаковым.

- Исследования рекомендуется проводить при одинаковой температуре в помещении около 21 —24 "С.

- В течение 15 мин до начала диагностики пациенты находились в спокойном состоянии, тестируемая область не должна быть прикрыта.

- Перед исследованиями испытуемые не принимали пищу и напитки, изменяющее состояние микроциркуляции.

- Диагностика проводилась в одинаковое время.

Ввиду пространственной неоднородности распределения микрососудов и индивидуальных особенностей испытуемых рекомендуется уточнять тестируемый участок кожи вокруг указанной зоны, находя область с наивысшей перфузией, которой соответствует зона с набольшим числом артериол и венул. В методе ЛДФ выходной сигнал непрерывно регистрируется в течение времени исследований, и диагностика состояния микроциркуляции крови основывается на анализе графической записи изменений перфузии, которая называется ЛДФ-граммой. Полученные данные обработаны общепринятыми методами вариационной статистики с оценкой достоверности различных эмпирических выборок по критерию Стьюдента и с применением корреляционного анализа.

Результаты проведенного исследования показали: (таблица 1, 2, 3, 4), что при сравнении капиллярного кровотока младших групп девочек результаты оказались статистически достоверны (0,001<р<0,01). Средние показатели капилляро-венулярного оттока у девочек контрольной группы намного выше, чем у девочек с искривлением осанки. У девушек 16-21 лет средние показатели оттока также достоверно выше (р < 0,001), чем у их сверстниц из группы с искривлением осанки. У мальчиков 13-16 лет и у юношей 17-21 года средние показатели не намного отличаются от обследованных в контрольной группе. Различия средних показателей в группах не достоверны (р > 0,05). В группе девочек 12-15 лет контрольной группы показатели капилляро-венулярного оттока не намного выше, чем у девочек со сколиозом 1 степени (р >0,05). В старшей возрастной группе результаты капилляроскопии достоверно отличаются (0,001<р<0,01), у девушек 16-21 лет контрольной группы средние показатели намного выше.

Таблица 1.

Результаты капилляроскопии пациентов женского пола имеющих искривление

осанки.

Показатели Группы возрас т n X min X max X m P

Контрольная Кв О 12-15 лет 17 38,36 76,38 57,44 3,09 0,001<p<0 ,01

имеющие искривление осанки Кв О 14 34,10 59,90 47,40 1,79

Контрольная Кв О 16-21 лет 17 41,18 87,16 62,90 3,74 p < 0,001

имеющие искривление осанки вО 4 3 3,05 5 9,70 4 4,66 1 ,85

Результаты капилляроскопии мужского пола, имеющих искривление о

Показатели Группы возрас т n X min X max X m p

Контрольная КвО 17 36,88 72,34 51,94 2,47

имеющие искривление осанки КвО 13-16 лет 14 40,08 61,31 50,39 1,72 p > 0,05

Контрольная КвО 16 40,02 63,32 52,50 1,70

имеющие искривление осанки вО 17-21 лет 4 4 2,40 6 3,64 5 6,24 ,73 p > 0,05

'аблица 2.

Таблица 3.

Результаты капилляроскопии пациентов женского пола, имеющих сколиоз 1

степени.

Показатели Группы возраст n X min X max X m p

Контрольная КвО 12-15 лет 17 34,10 59,90 47,40 1,79 p >0,05

Ск.-силовые КвО 16 36,80 71,24 53,14 2,51

Контрольная КвО 16-21 лет 17 33,05 59,70 44,66 1,85 0,001<p<0 ,01

Ск.-силовые вО 4 3 8,36 8 2,30 5 9,69 ,57

Таблица 4.

Результаты капилляроскопии пациентов мужского пола, имеющих сколиоз 1

степени.

Показатели Группы возраст n X min X max X m p

Контрольная КвО 13-16 лет 17 36,88 72,34 51,94 2,47 p > 0,05

Ск.-силовые КвО 18 36,98 75,67 54,17 2,58

Контрольная КвО 17-21 лет 16 40,02 63,32 52,50 1,7 p > 0,05

Ск.-силовые КвО 8 4 0,74 7 7,45 5 5,91 ,45

В контрольной группе и группе мужского пола, имеющих сколиоз 1 степени и в младшем и в старшем возрасте разница показателей не достоверна (р > 0,05). Средние показатели мало различаются.

Помимо этого, мы разделили группы по показателям венозного оттока, согласно нашему исследованию:

70 и выше - высокий уровень оттока крови;

60-70 - хороший;

50-60 - нормальный;

40 - 50 - ниже нормы;

30 - 40 - плохой;

30 - и ниже - патологический.

Таблица 5.

Показатели венозного оттока

Группы Контрольная группа Группа испытуемых с искривлением осанки Группа испытуемых со сколиозом 1 степени %

70 и выше 6 11 7 10,4 %

60-70 11 12 13 16,9 %

50-60 22 20 17 28,3 %

40-50 16 15 12 21,3 %

30-40 1 8 11 14,0 %

30 и ниже - - - 9,1 %

Всего 56 66 48

170

Исходя из результатов полученных в ходе исследования, можно сказать, что лишь 27,3 % исследуемых могут добиться высоких результатов. Это пациенты с хорошим и высоким уровнем оттока крови.

У 28,3 % обследованных, показатели кровотока оказались близкими к норме. Но при больших нагрузках в процессе адаптации к мышечной деятельности или после них могут возникать интерстициальные боли в мышцах как следствие нарушения метаболизма тканей, гипоксии, нарушения микроциркуляции и гипертонуса мышц. При правильном построении физических нагрузок, соблюдая индивидуальный подход, они смогут поддерживать организм на среднем уровне.

Остальным 44,4 % исследованных не надо заниматься, так как интенсивные нагрузки отрицательно влияют на их микроциркуляцию. У них явно нарушен отток крови и, скорее всего, есть другие противопоказания к занятиям физическими нарузками. Тем, у кого показатели венулярного оттока ниже 30 единиц, необходимо пройти медицинское обследование, у них могут быть серьезные отклонения в состоянии здоровья. ВЫВОДЫ

1. Процесс прогнозирования изменений в периферическом кровообращении заключается в определении тенденции к нарушению тканевого кровотока.

2. Для достижения высоких результатов врачам необходимо учитывать резервные возможности организма пациента, в том числе и возможности капиллярного кровообращения.

3. Испытуемые, имеющие низкие показатели капилляро-венулярного оттока не смогут добиться высоких результатов. Им во избежание патологических нарушений тканевого кровотока, которые могут привести даже к летальному исходу, не рекомендованы большие физические нагрузки.

Таким образом, кровоток в органах и тканях при значительной физической нагрузке существенно изменяется. Работающие мышцы требуют усиления обменных процессов и

ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"

значительного увеличения доставки кислорода. Кроме того, усиливается терморегуляция, так как дополнительное тепло, вырабатываемое сокращающимися мышцами, должно быть отведено к поверхности тела. Увеличение минутного объема сердца само по себе не может обеспечить адекватное кровообращение при значительной работе. Чтобы условия для обменных процессов были благоприятными, наряду с увеличением минутного объема сердца требуется еще перераспределения регионального кровотока.

Во время физической нагрузки кровообращение перестраивается в режим максимального удовлетворения потребностей в кислороде работающих мышц, но если количество получаемого работающей мышцей кислорода меньше требуемого, то обменные процессы в ней протекают частично анаэробно. В результате возникает кислородный долг, который возмещается уже после окончания работы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Амосов Н.М., Бендет Я.А. Физическая активность сердца. - Киев, 1989. - 213 с.

2. Андожия Ю.С., Смирнов Д.А. Лазерная доплеровская флоуметрия в оценке микроциркуляторных нарушений у больных облитирующим атеросклерозом сосудов нижних конечностей // Применение лазерной доплеровской флоуметрии в медицинской практике. Материалы Всероссийского симпозиума. Москва,1996.,с.16-17.

3. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. - М.: Медицина, 1980. -197 с.

4. Аршавский И.А. Биологические и медицинские аспекты проблемы адаптации и стресс в свете данных физиологии онтогенеза // Актуальные вопросы современной физиологии. -М., 1976, с. 144-191

5. Аулик И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте. - М.: Медицина, 1979.

6. Ашметков И.В., Мухин С.И., Соснин Н.В. и др. Численное исследование свойств разностной схемы для уравнения гемодинамики. // Диалог. МГУ - 1999 - с.14.

7. Ашметков И.В., Мухин С.И., Соснин Н.В. и др. Частные решения уравнений гемодинамики.// Диалог. МГУ - 1999 - с.43.

8. Бернштейн С.А., Гуревич М.И., Соловьев А.И. Дефицит кислорода и сосудистый тонус. -Киев.: Наукова думка, 1984. - 264 с.

9. Берсенев А.В., Каторгина Г.И, Бойко И.П., Мазирова А.М., Родин А.В. Капиллярный кровоток и мочевыделительная система у учащихся с задержкой психического развития./АУП Международная научно-техническая конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии» Владимир 2006, Книга 1. с.229-232.