Механічна плетизмографія (мпг)

П летизмографія (грец. plethysmos – наповнення, збільшення + graphō - писати, зображувати) – реєстрація змін об’ємів тіла або його частин. МПГ базується на властивості рідин і газів, які заповнюють герметичну посудину (плетизмографічний рецептор), передавати коливання об’єму досліджуваного об’єкту, розміщеного в ньому, датчику вимірювального пристрою (рис. 1.26).

Для прихильників серіалу «Доктор Хаус» - за цією посилкою є довідник серіалу, і саме цікава інформація стосовно плетизмографів: http://house-manual.ru/tests/10.

Як правило, МПГ передбачає таку послідовність перетворювань інформації:

• зміна об’єму - ,

• зміна тиску - ,

• зміна електричного сигналу.

На плетизмограмі виділяють три основні види коливань (хвиль) об’єму:

• Хвилі першого порядку (або об’ємний пульс) – відображають коливання кровонаповнення під час серцевого циклу. За формою ці хвилі схожі зі сфігмограмою артерій.

• Хвилі другого порядку – мають період дихальних хвиль. Реєструються не постійно, при спокійному диханні їх амплітуда зазвичай менше амплітуди об’ємного пульса.

• Хвилі третього порядку – позначають всі реєстровані коливання кровонаповнення з періодом, більшим, ніж період дихальних хвиль. Частіше ці хвилі мають аперіодичний характер, який відображає психологічний стан обстежуваного.

Напрямки використання МПГ:

1. В изначення тонуса кровоносних судин. Дослідження засноване на оцінці модуля об’ємної пружності , де - зміна тиску у кровоносних судинах, - зміна їх об’єму. Оцінка артеріального тонуса виконується з співвідношення , де - пульсовий тиск в артерії (визначається за СФГ), - амплітуда об’ємного пульсу (визначається зі МПГ). Оцінка тонуса вен виконується шляхом розрахунку відношення зростання тиску у судинах до зростання їх об’єму під час оклюзії (перетискування) – рис. 1.27.

2. Вимірювання об’ємної швидкості кровообігу . Цей метод заснований на припущенні, що на початку оклюзії всі вени перетискуються повністю і заповнення їх кров’ю відбувається при практично незмінному перепаді тиску в артеріях і венах.

3. Плетизмографія всього тіла (ПВТ) – здійснюється за допомогою спеціальної герметичної камери, в яку розміщують обстежуваного (рис. 1.26). Плетизмографи для ПВТ – системи з постійним об’ємом і, відповідно, змінним тиском, зміна якого відповідає зміні кількості повітря в камері або об’єму тіла обстежуваного. Вивчення функцій зовнішнього дихання засновано на взаємозв’язку між тиском в камері і об’ємами повітря, що людина вдихає та видихає, що дозволяє визначити характерні легеневі параметри. Визначення хвилинного об’єму кровообігу засновано на зниженні парціального тиску азоту в камері МПГ при його розчиненні в крові за одну хвилину.

4. Оцінка нервової діяльності. При цьому використовують зв’язок різних судинних реакцій із законами вищої нервової діяльності, що відображується на формі хвиль третього порядку. Останні показують також наявність і характер реакцій на різні подразники (звук, світло, біль).

2. ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ КРОВОТОКУ

До основних механічних параметрів кровотоку відносять:

• об’ємна швидкість (витрати),

• внутришньосудинний тиск,

• в’язкість крові,

• швидкість розповсюдження пульсової хвилі.

Гемодинаміка – розділ фізіології кровообігу, який базується на законах гідродинаміки для дослідження характеристик і механізмів руху крові у серцево-судинній системі. В якості основного рівняння гемодинаміки використовується рівняння Пуазейля (1.6) для течії рідини у трубах. Зробимо в (1.6) таку заміну:

, (1.35)

отримаємо: , (1.36)

де - перепад тисків на ділянці судини довжиною , - пропускна здатність судини, нагадаю, що - об’єм крові (об’ємна швидкість), що протікає в одиницю часу через ділянку судини довжиною та внутрішнім радіусом .

Рівняння (1.36) лише наближено описує взаємозв’язок характеристик [2, с.153], оскільки в живому організмі існують складні залежності:

, , . (1.37)

Наприклад, в’язкість крові тим менша, чим менша діаметр судини. Цей феномен пояснюється тим, що еритроцити зосереджені в центрі потоку, а плазма – у стінок судини. Чим тонша судина, тим більшу відносну частину площі поперечного перерізу займає шар з мінімальним тертям і тим меншою є величина загального тертя потоку крові об стінки судини.

Судини кровоносної системи мають таку ж саму еластичність. Розтягнуті під час систоли стінки артерій акумулюють енергію, а під час діастоли (розслаблений стан серцевої м’язи в інтервалі між скороченнями - систолами) – спадають і віддають накоплену енергію для проштовхування крові через артеріоли та капіляри [2, с.153]. Систолічний тиск людини у нормі приблизно 16 кПа, час систоли 0,3 с, діастолічний тиск – 11 кПа.

Окрім пасивних властивостей (еластичність, пружність) судини здатні активно реагувати на зміну тиску. Ця реакція визначається м’язовими елементами стінки судини. Коли тиск в судині підвищується, м’язи скорочуються і діаметр судини зменшується (феномен Остроумова-Бейлисса). Однак, рівняння (1.36) може бути використане для вирішення більшості практичних задач медичних досліджень.

Ще один діагностично значимий параметр кровообігу – швидкість розповсюдження пульсової хвилі - . Пульсова хвиля – хвиля підвищеного тиску, що розповсюджується по аорті та артеріях в період систоли [2, с.154]. Величина визначається формулою Моенса-Кортевега:

, (1.38)

де - модуль пружності артеріальної стінки судини, - товщина стінки, - внутрішній радіус артерії, (індекс «v» - від англ. vessel - судина) – густина речовини судини. З віком у людини модуль пружності артеріальної стінки зростає завдяки появі вапняних відкладень, що призводить до зростання швидкості пульсової хвилі від 5 до 10 м/с. Швидкість крові у великих артеріях (максимальне значення 0,3-0,5 м/с) суттєво менше швидкості розповсюдження пульсової хвилі.

Для деяких досліджень в практичній медицині швидкість кровотоку в артерії в момент проходження пульсової хвилі визначають за формулою Г.І.Косицького (1959 р.):

, (1.39)

де - величина пульсового тиску (визначається за сфігмограмою), - час вигнання крові в артеріальну систему, - коефіцієнт пропорційності, що залежить від ділянки дослідження артеріального русла. Різке зростання пульсового тиску при малому значенні викликає гідравлічний удар крові об стінки судин, який супроводжується характерними звуковими ефектами, які саме і використовуються в аускультативних дослідженнях. В середньому швидкість кровотоку має величину:

• в артеріях - 60 см/с,

• у венах – 20 см/с,

• в капілярах – 0.05 мм/с.