Метод аналізу кривої артеріального пульсу - динаміка серцево-судинної системи

Якщо рідина викидається в герметично замкнутий посудину з еластичними стінками, то приріст обсягу викликає підвищення тиску в системі. Коли взаємини між обсягом і тиском добре вивчені, приріст обсягу можна реєструвати шляхом запису змін тиску в посудині. Коли рідина покидає посудину, стінки його спадаються і можуть розтягнутися знову лише при новому накачуванні рідини. При цих умовах тиск буде зростати при підкачування рідини і розтягуванні стінок посудини і знижуватися, коли рідина витікає з посудини і стінки його спадаються. Різниця між максимальним і мінімальним тиском відображає кількість рідини, яке підкачуються в посудину і залишає його. Якщо розтягується посудину є довгим і вузьким циліндром з еластичними стінками, то рідина, яку нагнітають в посудину, розподілиться в ньому нерівномірно і реєстроване тиск спотвориться внаслідок відображення хвилі. Подібні ситуації виникають і в артеріальній системі тіла. Remington і співр. [26], Warner [27] розробили нескладні методичні прийоми, що дозволяють проводити аналіз пульсового тиску, результати якого були значною мірою достовірними. При дослідженні характеру пульсу їх методика володіє великими потенційними можливостями. Вона дозволяє обчислити ударний обсяг в кожному окремому серцевому циклі. Однак можливості цієї методики стають значно обмеженими при високій частоті пульсу.
Обчислення кровотоку в аорті по градієнту тиску
Математичні взаємини між тиском, в`язкістю і щільністю були виражені в рівнянні Navier Stokes, яке представляє собою загальне вираження законів перебігу рідини. Fry і співр. [28] розвинули і модифікували це рівняння, яке може бути виражене в такий спосіб:
dp / dz = 1,1 (p / g) (dw / dt) + aw,
де p - бічний тиск (див. вод. ст.) - z - дистанція між точками вимірювання тиску (см) - р - щільність крові (г / см3) - g - прискорення сили тяжіння, см / (с-с) - з - кровоток- t - час (с) - 1,1-експериментально знайдена константа, яка дає можливість нівелювати різницю в швидкості кровотоку на різних рівнях перерізу судини і а - коефіцієнт тертя.
При безперервному введенні в комп`ютер даних про різницю тиску в двох точках артерії можна отримувати безперервні дані про швидкість кровотоку між цими точками шляхом безперервного вирішення зазначеного вище рівняння. Для цієї мети використовується подвійний катетер, що вводиться в посудину шляхом зондування артерії і дозволяє безперервно реєструвати тиск в двох точках артерії, віддалених один від одного на 4-5 см. Обов`язковою умовою є використання вельми точних реєструючих пристроїв, якщо величина градієнта тиску безперервно вводиться в аналогову обчислювальну машину, яка безперервно вирішує вказане рівняння і видає дані, що реєструються у вигляді безперервної кривої швидкості кровотоку в судині. Ця крива дуже нагадує ті, які реєструються за допомогою інших методів (наприклад, за допомогою ультразвукового флоуметрія). Фактичні труднощі, що виникають при використанні цієї методики, залежать від того, що в двох точках артерії, віддалених один від одного на 5 см, різниця тисків не перевищує 1-2 мм рт. ст. навіть при високій швидкості кровотоку. При цьому лише 1% помилки у визначенні одного з двох тисків призводить до помилки градієнта тиску, що дорівнює 10%. Незважаючи на ці технічні труднощі, флоуметрия, заснована на вимірі градієнта тиску, заслуговує на серйозну увагу, так як вона являє собою один з небагатьох методів, які можуть бути використані для безперервної реєстрації швидкості кровотоку у людини.
Jones і співавт. вдосконалили цю методику, запропонувавши більш просту формулу для визначення залежності між тиском і кровотоком. І хоча в цьому випадку також реєструються хвилеподібні зміни швидкості кровотоку, цінність цієї спрощеної формули залишається сумнівною, незважаючи на повідомлення про високий ступінь кореляції даних, отриманих цим методом, з результатами вимірювань, проведених за допомогою методу Фіка або методу розведення індикаторів.
Оцінка стану серця за швидкістю зміни показників його діяльності в часі. У пацієнтів з серйозними захворюваннями серця може спостерігатися нормальна величина серцевого викиду і хвилинного обсягу серця в спокої. Порівняльні дослідження діяльності серця за допомогою різних методик в стані спокою і при різних навантаженнях показали, що найбільш точним індикатором стану серця є швидкість змін (перша похідна).
Наприклад, швидкість зміни тиску (dp / dt), швидкість викиду систолічного об`єму крові, а також швидкість зміни швидкості (прискорення). Під час стану напруги, яке викликає посилення імпульсації в симпатичних нервах, що регулюють роботу серця, найважливіше значення має перш за все швидкість, а також прискорення серцевого викиду. Це і є первинна реакція серця на вплив симпатичних нервів (див. Також рис. 3.30 і 3.31). І, навпаки, експериментальне вплив, яке пригнічує діяльність серця, викликає зменшення швидкості серцевого викиду і зменшення прискорення крові, що живиться шлуночком.

Так, наприклад, експериментальна коронарна оклюзія призводить вже протягом перших 15-20 ударів серця до зростання частоти серцебиття, що супроводжується значним уповільненням швидкості серцевого викиду і зменшенням крутизни кривої підйому тиску. Подібні зміни були виявлені і під час експериментального кровотечі, що приводить до зниження системного артеріального тиску. Загальний наркоз, викликаний пентобарбіталом або галотаном, призводить до такого ж ефекту. Ці факти були підтверджені Noble і співр., Які прийшли до висновку про те, що викликане тим чи іншим способом максимальне прискорення кровотоку тісно корелює з максимальною силою скорочення на початку систоли і з максимальною швидкістю вигнання крові. Автори підкреслюють, що максимальне прискорення змінюється при зміні положення тіла або частоти серцебиття. Всі ці спостереження свідчать про те, що саме цей показник дозволяє безпосередньо визначити функціональний стан міокарда шлуночків.
Для використання цієї методики на відміну від визначення функцій серця у людини необхідні високочутливі прилади, щоб вловити зміни прискорення крові в момент систоли. Швидкість зростання внутрижелудочкового тиску і тиску в аорті є загальновизнаним і важливим критерієм функціонального стану і потенційних можливостей міокарда шлуночка.
Прискорення викиду крові з шлуночків являє собою в даний час найкращий показник функції шлуночка.
Про деякі перспективи методики визначення функціонального стану серця
Прискорення кровотоку може бути визначено тільки високочутливими приладами. Серед них можна назвати флоуметрія, зображені на рис. 2.12. Прилади, які можна успішно використовувати при дослідженні серця людини, можуть функціонувати на основі оцінки зміни градієнта тиску, аналізу кривої артеріального пульсу, а також вивчення допплерівського ефекту при відображенні ультразвукових хвиль рухається кров`ю. Останній спосіб не вимагає пункції судин.
У своїх найпростіших формах ці пристрої дозволяють отримати досить корисну інформацію щодо швидкості кровотоку в периферичних артеріях. Нещодавно розроблені ультразвукові флоуметрія, засновані на реєстрації допплерівського ефекту, дозволяють вивчити швидкість кровотоку в посудині, що знаходиться на значній відстані від приладу, який при цьому розташовується на поверхні шкіри. Це означає, що прискорення швидкості кровотоку і сама швидкість можуть бути визначені за допомогою датчиків, розташованих на поверхні тіла і отримують сигнали, наприклад, про швидкість кровотоку в дузі аорти.

Ультразвукові флоуметрія з датчиками, що накладаються на шкіру

Ультразвукові флоуметрія генерують безперервний потік ультразвукових хвиль, які, проходячи через судини з рухомої кров`ю, генерують чутні звуки, що виникають внаслідок інтерференції прямої і відбитої хвиль (рис. 2.17). Це дозволяє визначити швидкість течії крові в посудині

Л. Ультразвуковий допплерівський флоуметр, безперервно посилає ультразвукові хвилі (УВ), застосовується для визначення швидкості кровотоку в артеріях і вонах, що проходять підшкірно.
Б. Імпульсний ультразвуковий допплерівський флоуметр (УФ) дозволяє визначити швидкість руху навіть дуже невеликих порцій крові на будь-якому рівні поперечного перерізу судини.
У Зміна швидкості викиду крові в аорту
може бути зареєстровано за допомогою УВ флоуметрія, поміщеного в області сонної артерії, шляхом визначення найвищої швидкості зсуву рідини у верхній частині грудної клітини.
Г. Імпульсний флоуметр (ІФ) може бути використаний для визначення швидкості руху крові в камерах серця і в великих судинах. Цей метод набуває все більшого і більшого значення в клінічних дослідженнях.
МАЛ. 2.17.
по відношенню до напрямку ультразвукового променя. Відсутність подібних сигналів при направленні променя вздовж артерії дозволяє діагностувати окклюзию артерії (по характерному випадання звуків при оклюзії). Ультразвуковий промінь проникає більше, ніж через одну посудину, наприклад, через артерію і вену, що лежить поруч. Сигнали при цьому генеруються обома потоками крові, і вуха нелегко розрізнити обидва типи сигналів. Велика просторова роздільна здатність може бути отримана в пристроях, які генерують сверхвисокочастотпие ультразвукові сигнали, що відбиваються в тканинах. За допомогою ексквізітной електронної техніки ці відбиті сигнали можуть бути точно диференційовані за часом їх повернення, що дозволяє таким чином виміряти швидкість кровотоку точно на певному рівні перебігу судини. Ця техніка дозволяє визначити швидкість кровотоку в різних шарах рухається в одному і тому ж посудині крові.
Сигнали, за якими визначається швидкість кровотоку, можна сприймати на слух або зареєструвати. Вони можуть відбиватися від будь-яких невеликих порцій рухається крові, на будь-якому заданому відстані від поверхні судини. Існує система, заснована на допплеровском ефекті, в якій ультразвуковий промінь генерується у вигляді окремих посилок (імпульсів). Вона може бути використана для того, щоб визначити локалізацію артеріальних стінок по характерним, що виникають при цьому уривчастим звукам або, наприклад, вивчати розподіл кровотоку всередині артерії, що пролягає під шкірою, за допомогою досить простих і безпечних процедур. Методика, заснована на вивченні допплерівського ефекту при періодичних (імпульсних) посилках ультразвукових коливань, теоретично може бути використана в майбутньому для визначення швидкості течії будь-яких рідин в будь-яких органах, тканинах і ділянках організму. Необхідно тому концентрувати зусилля дослідників для того, щоб використовувати і реалізувати ті великі можливості, які надає цей метод.
Швидкість викиду крові шлуночками
Величина прискорення, яку може надати току крові лівий шлуночок від моменту викиду до досягнення піку швидкості кровотоку в аорті, є найкращим показником функціонального стану міокарда. Простий ультразвукової флоуметр з безперервною посилкою ультразвукових хвиль, заснований на допплеровском ефекті, може бути використаний для визначення змін потоку крові в сонної артерії. Для більш точних вимірювань використовується метод масивного опромінення ультразвуком верхній частині грудної клітини, що дозволяє виявити за допомогою допплерівського ефекту найбільш високі швидкості руху рідини в цій частині грудної клітини. Вважають, що саме таким чином можна точно визначити швидкість і прискорення кровотоку в висхідної частини аорти.
Визначення швидкості різних об`єктів за допомогою імпульсного ультразвукового флоуметрія
Імпульсний ультразвуковий флоуметр використовується для визначення швидкості руху серцевих камер і стінок судин, а також швидкості кровотоку в них, що має важливе значення для клініки. Так, наприклад, при розташуванні датчика над ключицею і напрямку ультразвукового променя уздовж грудної клітини всередину її можна визначити швидкість руху навіть невеликих порцій крові, що знаходяться або безпосередньо біля стінки аорти, або в центрі її, або на будь-яких проміжних відстанях перерізу судини між стінкою і центром його. Подібно до цього можна вивчити рух стінок легеневої артерії і швидкість кровотоку в ній. Ця методика може бути успішно використана для визначення локалізації турбулентного течії крові, що викликає серцеві шуми. Але найбільш важливі результати вона може дати при дослідженні розподілу швидкостей кровотоку у великих судинах, визначення ударного об`єму, а також локалізації порушення кровотоку, що виникають внаслідок стенозу або закупорки судин.
Методика, яка використовує одночасно ультразвукову ехолокацію і допплерівський ефект
Коли ультразвук використовується для ехолокації м`яких тканин, то порожнини кровоносних судин на екрані катодного осцилографа виглядають як абсолютно темні простори, так як кров відображає ультразвук значно гірше, ніж стінки судини і інші тканини. Анатомічний малюнок стінок кровоносних судин виступає на екрані також недостатньо чітко. Малюнок утворений плямами і точками, а не плавною градацією ліній і тіней. Метод ультразвукової ехолокації не дозволяє точно визначити і розміри посудини внаслідок двох причин. По-перше, весь малюнок представляється блідим через недостатню роздільної здатності методики. Крім того, ранні стадії утворення атеросклеротичних бляшок створюють перешкоди, перериваючи малюнок і виступаючи темними плямами внаслідок низької відбивної здатності цих структур (що нагадують таку у крові). Однак є можливості контуріровани цю картину більш точно, використовуючи одночасно допплерівський ефект, що виникає при відображенні ультразвукових хвиль і дає можливість локалізувати навіть маленькі порції рухається крові. Комбіноване використання принципу ехолокації і допплерівського ефекту дозволяє більш чітко визначити конфігурацію судинного ложа в разі, якщо швидкість руху крові в ньому досягає якоїсь необхідної критичної величини. Накладаючи зображення, отримане за допомогою ультразвукового ехолокатора, на картину, яка виникає при використанні допплерівського ефекту, можна більш точно описати малюнок судинних стінок, що дає можливість, наприклад, точно виявити місце закупорки судин. Якщо подібна методика буде розвинена і вдосконалена, вона дозволить визначати і локалізувати місце оклюзії або стенози судин швидко, правильно і безпечно (див. Главу VIII).

ВИСНОВОК

Фізичні властивості будь-механічної системи можуть бути в загальному описані в термінах фундаментальних фізичних величин (розміри, час і сила) і їх взаємин. Процеси, які відбуваються в серцево-судинній системі, у багатьох відношеннях нагадують явища, які відбуваються в фізичних гідравлічних системах, однак представляються при цьому більш складними і важко доступними для точного кількісного опису і прямого виміру. На основі досягнень сучасної техніки можна створити високочутливі самописці з достатніми частотними та іншими характеристиками, щоб точно відобразити все швидко змінюються процеси, що протікають в судинній системі. У високого рівня точні дані можуть бути отримані при використанні датчиків, прикладених безпосередньо до серця або до судин під час хірургічних операцій. Дані, отримані таким чином, достатні для того, щоб вивчити функцію різних регуляторних механізмів при тих чи інших впливах в умовах гострого експерименту. Однак цього недостатньо, щоб отримати уявлення про те, як будуть вести себе ці механізми в нормальних умовах при природну поведінку тварини. Хірургічні операції, проведені в асептичних умовах, дозволяють імплантувати в організм різні датчики, які дають можливість проводити реєстрацію функцій серцево-судинної системи в хронічному експерименті при природну поведінку тварини. Однак при цьому експериментатор отримує велику кількість постійно мінливих величин, за якими важко судити про конкретний внесок або ступеня участі кожного з регуляторних механізмів в інтегральної регуляції функцій серцево-судинної системи. Остаточне рішення проблеми можливо лише при аналізі даних, отриманих в умовах як гострих, так і хронічних експериментів.

Гемодинамічні дослідження тисків, переміщень і потоків можливо проводити не тільки в гострому експерименті, але і в хронічних дослідах за допомогою імплантованих датчиків, а також в ряді випадків за допомогою спеціальних пристроїв і у здорового, і у хворої людини.
Клінічні дослідження величини хвилинного об`єму крові проводяться зазвичай за допомогою катетеризації серця і судин на основі принципу Фіка, техніки розведення індикаторів або шляхом реєстрації змін розмірів серця за допомогою рентгенівських променів.
В основі методу Фіка лежать, як відомо, точні фізичні закономірності, проте достовірність отриманих результатів значною мірою залежить від ступеня впливу перешкод, пов`язаних з постійними коливаннями функціональних показників, що відображають діяльність серцево-судинної системи. Істотні помилки виникають від того, що умови, що визначають функцію серцево-судинної або дихальної систем, не залишаються постійними.
Методика розведення індикаторів також заснована на точних фізичних принципах, які можна застосувати, однак, лише для визначення швидкості потоку рідини в простій системі трубок. Використання цього методу для визначення хвилинного і систолічного об`єму серця можливо лише при катетеризації серця і судин.
Теоретично систолічний об`єм крові, викинутий серцем, може бути визначений за допомогою аналізу кривої артеріального пульсу, проте при цьому виникають багато джерел помилок.
Неодноразово робилися спроби використовувати баллістокардіографію для вимірювання ударного або хвилинного обсягу серця. Зміщення тіла, що виникають при кожному серцевому циклі залежать від швидкості і сили серцевого викиду. Емпірично виявлено деяка залежність змін характеру баллістокардіографіческой кривої від типу серцевої патології.
Інтенсивний розвиток електронної техніки дозволило використовувати ультразвук для визначення локалізації і руху внутрішніх органів і, зокрема, величини і швидкості кровотоку. Цей метод є найбільш перспективним для хронічних експериментів на тварин і для використання його в клініці. Безперечно, що розвиток його дасть в майбутньому можливість досить точно визначати безперервно змінюються показники функціонального стану серцево-судинної системи за допомогою простих, безпечних і не потребують будь-яких втручань в організм методик.