Обоснование неинванзивного способа мониторинга вязкости крови и гематокрита

• ¹Вв едение . Патологические изменения реологических свойств крови лежат в основе возникновения и развития широкого круга заболеваний, особенно это касается заболеваний сердца и сосудов на фоне атеросклероза [1, 2].

Летальность от сердечно-сосудистых заболеваний в России – 56-61% и не имеет тенденции к сни-жению[3]!

Научные достижения последних 20 лет внесли поистине революционные изменения в наши представления о природе атеросклероза. На сегодняшний день мы с уверенностью можем говорить, что атеросклероз – не приговор, регресс атеросклероза возможен [4, 5]!

В настоящее время с успехом применяются хирургические и рентгеноэндоваскулярные методы лечения больных с атеросклеротическим поражением артерий [6]. При этом все без исключения больные атеросклерозом нуждаются в консервативной терапии [7, 8].

Одним из важнейших условий благоприятного исхода лечения больного атеросклерозом является своевременное выявление и адекватная коррекция нарушений реологических свойств крови [7, 8].

Основными факторами, определяющими реологические свойства крови, являются вязкость и гематокрит.

Используемые на сегодняшний день методы контроля реологических свойств крови требуют ее забора, не позволяют проводить самоконтроль для своевременного выявления показаний к профилактическому лечению, что является причиной позднего обращения пациентов, а также тяжелых осложнений атеросклероза.

Своевременная диагностика и профилактика — реальный путь радикального улучшения результатов лечения больных атеросклерозом.

Далеко не все пациенты с бессимптомным течением атеросклеротического процесса и даже с установленным диагнозом, готовы сдать кровь для проведения биохимического исследования в рамках диспансеризации, поскольку считают себя фактически здоровыми.

Необходим метод, позволяющий неинвазивно контролировать реологические свойства крови.

Цель исследования: обоснование неинвазивного способа мониторинга вязкости крови и гематокрита.

Методы. Мы подошли к решению данной проблемы с позиции изучения закономерностей распространения пульсовой волны.

Были проведены теоретические, экспериментальные и клинические исследования закономерностей распространения пульсовой волны.

Экспериментальные исследования проводили с использованием модели сосудистого русла (рис. 1).

Экспериментальная установка состояла из механической и электрической частей. Основу установки составлял замкнутый контур «кровообращения» 2 (рис. 1), выполненный из тромборезистентных мате-

Рис. 1. Блок-схема экспериментальной установки риалов. В контур последовательно включена трубка — «артерия». В качестве движителя циркулирующей жидкости использовали генератор пульсовой волны 3, который позволял создавать в контуре гемодинамические условия различных артериальных сегментов. Давление в контуре «кровообращения» измеряли ртутным манометром 8. Резервуар для исследуемой жидкости 1 (рис. 1).

Электронная часть модели состояла из преобразователя механических поперечных колебаний трубки – «артерии» в электрические сигналы и регистрирующей аппаратуры. Преобразователь представлял собой емкостный датчик 5, модулирующий поступающие на него синусоидальные колебания с выхода высокочастотного генератора 4 и детектор 6. Электрический сигнал с выхода детектора, имеющий форму пульсовой волны, регистрировали цифровым осциллографом 7 (рис. 1).

Для измерения использовали два емкостных датчика-преобразователя, которые способны регистрировать форму и амплитуду пульсовой волны на любом расстоянии от пульсового насоса. В качестве рабочей жидкости использовали смесь дистиллированной воды с жидким стеклом, а также гепаринизированную кровь различной вязкости.

В рамках клинического этапа исследования у 50 больных атеросклерозом регистрировали пульсовую волны лучевой артерии с помощью специально разработанной установки.

Для анализа полученных данных была использована программа обработки аналогового сигнала, позволяющая создавать файл данных, описывающий колебательное движение стенок сосудов.

Рис. 2. Влияние вязкости V (отн. ед.) исследуемой жидкости на форму пульсовой волны

Программа позволяла осуществлять графическое представление результатов непрерывного мониторинга пульсовой волны. Использование быстрого преобразования Фурье позволяло рассчитывать, и выводить на экран монитора спектр пульсовой волны.

Одновременно с регистрацией пульсовой волны лучевой артерии определяли вязкость крови и гематокрит.

Вязкость крови исследовали с помощью капиллярного гемовискозиметра ВК–4, гематокрит определяли центрифужным методом с использованием гематокритной центрифуги СМ–70.

Результаты. В результате теоретических расчетов мы установили, что вязкость жидкости может оказывать существенное влияние на форму пульсовой волны. Данные теоретического анализа позволили предположить возможность определения вязкости крови по параметрам пульсовой волны.

В результате проведенных экспериментальных исследований на модели сосудистого русла было установлено, что вязкость крови V (отн. ед.) существенно влияет на форму механических колебаний — ∆ t, возбуждаемых задним фронтом пульсовой волны (рис. 2). Располагая набором заранее известных временных зависимостей колебаний, называемых калибровочными кривыми, можно оценить значение вязкости крови, протекающей по сосуду (рис. 2) [9].

Для подтверждения закономерностей, установленных экспериментальным путем, были проведены исследования зависимости параметров пульсовой волны от вязкости крови и гематокрита в клинических условиях.

При изучении формы пульсовой волны лучевой артерии было выявлено, что у большинства обследованных больных имел место рост длительности спада ∆ t (рис. 3) при увеличении вязкости крови (рис. 4) и гематокрита (рис. 5).

Следует подчеркнуть, что закономерности, представленные на рисунках 4 и 5, наблюдались не у всех обследованных больных. Отклонение от выявленной закономерности может быть обусловлено различными факторами: функциональным состоянием миокарда, эластическими свойствами артерий. Существенное влияние оказывают методы регистрации пульсовой волны, а также способы обработки получаемых данных.

При дальнейшем изучении закономерностей распространения пульсовой волны в клинических условиях была выявлена взаимосвязь параметров пульсовой волны, скорости ее распространения, систолического, диастолического артериального давления вязкости крови и гематокрита.

Рис. 3. Пульсовые волны у пациентов с различной вязкостью крови (V) и гематокритом (Ht) Длительность спада пульсовой волны – ∆ t. Амплитуда пульсовой волны – А: а) V = 4,5 отн. ед.; Ht = 46 %; б) V = 4,0 отн. ед.; Ht = 39 %

Рис. 4. Зависимость длительности спада пульсовой волны ∆ t (мсек) от вязкости крови V (отн. ед.)

Рис. 5. Зависимость длительности спада пульсовой волны ∆ t (мсек) от гематокрита Ht (%)

Полученные данные позволили разработать неинвазивный способ определения вязкости крови и гематокрита, отличающийся тем, что у пациента регистрируют пульсовую волну магистральной артерии на двух уровнях конечности, определяют амплитуду пульсовой волны А (рис. 6), длительность ее заднего фронта ΔT (рис. 6), время распространения пульсовой волны от одного регистратора до другого Tv, расстояние между регистраторами L, измеряют систолическое Ps и диастолическое Pd артериальное давление.

Производят расчет вязкости крови гематокрита путем математической обработки полученных данных.

Для расчета гематокрита (Ht) используют формулу:

Ht =

1,872

66, 03

(AT x      x Ps x Pd x ) , v      A -0,41

Вязкость крови ( V ) рассчитывают по формуле:

1,872

(ATx 66^xPsxPdxTV)-°,2 (      A-°,4'

V = 1,0285

+ 1

, где

Ht – гематокрит (%), V — вязкость крови (отн. ед.), ΔT – длительность заднего фронта пульсовой волны (мсек), A – амплитуда пульсовой волны (В), Ps – систолическое артериальное давление (мм рт. ст.), Pd – диастолическое артериальное давление (мм рт. ст.), Tv – время распространения пульсовой волны между регистраторами (мсек), L – расстояние между регистраторами пульсовой волны (см).

На основании разработанного способа создано устройство для неинвазивного мониторинга вязкости крови и гематокрита.

Устройство состоит из двух регистраторов пульсовой волны, компьютера, снабженного звуковой картой, имеющей линейный вход для подключения регистраторов. Измерение артериального давления осуществляли автоматическим тонометром. Для автоматизации мониторинга показателей использовали оригинальную компьютерную программу «Пульс».

Устройство для неинвазивного определения вязкости крови и гематокрита работает следующим образом: один регистратор пульсовой волны фиксируют пневматической манжетой в нижней трети плеча пациента в проекции плечевой артерии, второй регистратор фиксируют в проекции лучевой артерии.

При проведении исследования на первом этапе производят запись пульсовой волны лучевой артерии в условиях дозированной компрессии фиксирующей пневматической манжетой с использованием программы «PowerGraph». Затем производят синхронную за-

Рис. 6. Пульсовая волна

пись пульсовой волны плечевой и лучевой артерий. В программу компьютера вносят данные о расстоянии между регистраторами пульсовой волны, а также артериальном давлении пациента в момент исследования.

Программа собственной разработки «Пульс», написанная в среде Visual FoxPro 8.0, производит вычисление средних значений амплитуды пульсовой волны лучевой артерии, длительности ее заднего фронта, рассчитывает время распространения пульсовой волны, учитывает диастолическое и систолическое давление пациента, осуществляет расчет вязкости крови и гематокрита.

После завершения работы программы на мониторе компьютера отображаются фамилия пациента, дата и время исследования, средняя амплитуда пульсовой волны лучевой артерии, длительность ее заднего фронта, время распространения пульсовой волны от одного регистратора до другого, расстояние между регистраторами, систолическое и диастолическое артериальное давление, а также вязкость крови (отн. ед.) и гематокрит (%).

У 140 пациентов были проведены измерения вязкости крови и гематокрита стандартными — инвазивными методами и разработанным — неинвазивным. Проведенные исследования показали, что погрешность измерения гематокрита и вязкости крови разработанным устройством не превышает 3%.

Обсуждение. Проведенные исследования показали реальную возможность неинвазивного мониторинга вязкости крови и гематокрита по параметрам пульсовой волны.

Результаты исследования открывают перспективы для дальнейшей разработки методик неинвазив- ного контроля параметров, характеризующих качество крови.

Создание методов неинвазивной диагностики качества крови, в настоящее время чрезвычайно актуально в связи с увеличением числа тяжелых неизлечимых заболеваний, передающихся через кровь.

Заключение. На основании теоретических, экспериментальных и клинических исследований разработан способ, создано устройство для неинвазивного мониторинга вязкости крови и гематокрита.

Применение разработанных устройств существенно расширяет возможности самоконтроля, открывает перспективы для неинвазивного своевременного выделения диспансерных групп при первичных обращениях в поликлинику и стационар.

Клиническое использование разработанного устройства позволяет с принципиально новых неинвазивных позиций подойти к проблеме профилактики и улучшения результатов лечения больных атеросклерозом.