Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Методы неинвазивных исследований с компрессионным воздействием на систему сосудов 32
1.1. Использование внешнего давления на организм для медицинских целей...32
1.2. Давление крови как интегральный параметр изменений в организме 42
1.3. Окклюзионные методы измерения АД 53
1.4. Неинвазивные безокклюзионные методы измерения АД с анализом объемнодинамических изменений кровенаполнения сосудов .66
1.5. Комплексные методы исследования кровеносных сосудов и гемодинамиче-ских процессов в верхней конечности при компрессионных воздействиях 73
1.6. Автоматизация процесса измерения давления крови... 80
1.7. Методы измерения АД с компрессионным воздействием как функциональная гемодинамическая проба на сосудистую систему верхней
конечности и организм в целом 82
Выводы главы 1. Задачи исследования 85
ГЛАВА 2. Системный анализ влияния компрессионных воздействий на гемолимфонаполнение сосудов 88
2.1. Объемнодинамические изменения в наполнении сосудистого
бассейна как отражение процессов во внутренней среде организма 88
2.2. Проблемы воспроизведения сосудистой реакции в инструментальных исследованиях с компрессионным воздействием на локальные участи тела 90
2.3. Объемный статус сосудистой системы организма .98
2.3.1. Теоретический анализ объемного статуса системы сосудов 99
2.3.2. Жидкости тела человека и объемный статус сосудов 106
2.3.3. Внеклеточный матрикс и объемный статус 108
2.3.4. Объемнодинамические изменения в наполнении разных отделов сосудистого бассейна при внешней компрессии на локальные участки тела...111
3 2.3.5. Показатели объемного статуса сосудистой системы 114
2.4. Представление компрессионно-объемнодинамического преобразования наполнения сосудов и окружающих тканей в виде передаточной функции .115
2.5. Анализ сигналов при компрессионно-объемнометрическом
преобразовании объемного статуса сосудистой системы 118
Заключение и выводы главы 2 .119
ГЛАВА 3. Система функциональных моделей неинвазивной биотехнической системы с управлением гемодинамическими процессами 121
3.1. Модель БТС управления гемодинамическими процессами в верхней конечности при неинвазивном вмешательстве в гемодинамику 122
3.2. Электрическая модель биотехнической системы кровообращения в сосудах верхней конечности с процедурами измерения АД 132
3.3. Планирование комплексных методов исследования гемодинамических процессов в верхней конечности с процедурой измерения АД .145
3.4. Системный анализ гемодинамических изменений в организме при измерениях АД с компрессионным воздействием на сосуды 148
3.5. Модель БТС управления гемодинамическими процессами в целостном организме при измерении АД окклюзионными методами 160
3.6. Концепция суперпозиции гемолимфонаполнения сосудоворганизма и влияния эндогенных факторов 169
3.7. Математическая модель суперпозиции наполнения системы сосудов од влиянием эндогенных факторов и внешнего давления на локальные участки тела .176
Заключение и выводы главы 3 .189
ГЛАВА 4. Неинвазивные методы и бтс управления гемодинамическими процессами и ад 193
4.1. Комплексирование методов измерения АД в исследованиях динамики гемолимфонаполнения сосудов 193
4.2. Фотоплетизмотонометрический метод исследования АД и кровенаполнения периферических сосудов 196
4.3. Методические особенности комплексных методов исследования упругости стенки кровеносных сосудов при компрессионных воздействиях .200
4.4. Способ и устройство для неинвазивных исследований артерий 203
4.5. Фотоплетизмографический способ определения скорости распространения пульсовой волны 204
4.6. Метод функциональной гемодинамической пробы с ограничением кровотока в сосудистой системе верхней конечности 207
4.7. Использование биологической обратной связи в управлении и при контроле АД и кровелимфонаполнения системы сосудов .210
4.8. Метод исследования механизма регуляторного контроля системы кровообращения по вариабельности показателей АД 213
4.9. Частотный метод анализа волновых проявлений наполнения сосудов в функциональных гемодинамических пробах с давлением на локальные участки сосудистой системы .217
4.10. Комплексный компрессионный метод измерения показателей функционирования организма для условий экстремальных ситуаций .221
Выводы главы 4 234
ГЛАВА 5. Аппаратно-программные комплексы для исследования гемодинамических эффектов при внешнем давлении на локальные участки тела 236
5.1. Фотоплетизмотономанометр ФПТМ-01 для исследований сосудистой системы верхней конечности и измерения показателей гемодинамики 236
5.2. Артериокардиоритмограф для исследований гемодинамического эффекта вариабельности показателей АД .244
5.3. Биотехническая система кровообращения и методика исследования вклада разных отделов сосудистой системы в суперпозиции гемолимфонаполнения 251
5.4. Аппаратно-программный комплекс для исследования динамики
движений в системе краниальных тканей .255 Выводы главы 5 282
ГЛАВА 6. Управление и контроль ад в биотехнических системах кровообращения при велоэргометри 284
6.1. Автоматический тренажерно-диагностический комплекс аппаратуры медицинского управления и контроля (АТД КАМУК) 285
6.2. Реализация квазинепрерывного режима измерения АД устройством АТД КАМУК 289
6.3. Монитор АД аппаратно-программного комплекса "Валента” для велоэргометрических диагностических исследований .299 Выводы главы 6 304
ГЛАВА7. верификация комплексных методов исследования гемодинамических процессов и АД 306
7.1. Погрешности косвенных методов измерения АД с созданием компрессионных воздействий на сосудистую систему 306
7.2. Погрешности измерения АД методом Пеньяза. 312
7.3. Методические особенности исследования АД с управлением состояния сердечно-сосудистой системы при велоэргометрии 314
7.4. Оценка влияния помехозащищенности канала регистрации сигналов тонов Короткова при велоэргометрии на точность измерения АД .321
7.5. Экспериментальные приемы сравнения методов измерения АД 325
Выводы главы 7 330
Основные результаты диссертационного исследования. Заключение 331
Список литературных источников
- Комплексные методы исследования кровеносных сосудов и гемодинамиче-ских процессов в верхней конечности при компрессионных воздействиях
- Проблемы воспроизведения сосудистой реакции в инструментальных исследованиях с компрессионным воздействием на локальные участи тела
- Планирование комплексных методов исследования гемодинамических процессов в верхней конечности с процедурой измерения АД
- Методические особенности комплексных методов исследования упругости стенки кровеносных сосудов при компрессионных воздействиях
Введение к работе
Актуальность проблемы. Многие заболевания и травмы, диагностируемые клиническими методами, приводят в простых и сложных случаях к нарушению кровоснабжения тканей и патологическим изменениям гемодинамики. К их признакам относят отклонение от нормы показателей АД и ЧСС, нарушение крове- и лимфотока и наполнения сосудов в определённых участках тела и органах. Они проявляются при инфарктах, ишемии сосудов и тканей, сахарном диабете, инсультах, варикозном расширении вен, лимфедеме, ожирении и избыточном весе тела, или чрезмерном истощении и дистрофическом изменении объема мышечной массы. Нарушения вызываются изменением свойств соединительной ткани, стенки сосудов и окружающих тканей: уплотнением; опухолями; неэластичным состоянием тканей; отложением солей; отёками, вызванными нарушением условий венозного оттока и лимфодренажной функции; артериальной, венозной недостаточностью; вегетососудистой дистонией; спазмами и застойными явлениями; влиянием экзогенных факторов. Изменяется жидкостный обмен и наполнение сосудов и внесосудистой среды, нарушается нервная регуляция процессов. На наполнение сосудов, окружающих тканей и органов влияет движение разных структур тканей в организме. При этом происходит массоперенос веществ с кровелимфотоком, изменение взаимного расположения структур опорно-двигательного аппарата и обмен веществ. Универсальным маркером отмеченных движений, проявлений жизнедеятельности, являются объемные изменения. Они обусловлены обменом и перераспределением в тканях жидкофазных субстратов: артериальной и венозной крови, лимфы, клеточной и внеклеточной внесосудистой жидкости. Эти объемнодинамические (ОД) изменения регистрируются инструментальными методами в виде сигналов, отражающих наполнение сосудов и модулирующее влияние эндогенных факторов на гемодинамику.
При планировании исследований системы кровообращения актуальна задача контроля наполнения разных отделов сосудистого русла, а для терапевтических целей, или специальных тренировок, - ещё и управление гемодинамическими процессами по показателям АД и кровенаполнения. Требуется выбор подходов к получению данных, разработка методов, решающих теоретические и научно-практические задачи в исследованиях на разработанных аппаратно-программных комплексах (АПК).
В медицинских обследованиях широко используют окклюзионные методы измерения АД - интегрального параметра кровообращения. АД обеспечивает выполнение жизненных функций в снабжении и перераспределении веществ в тканях и органах. В тоже время, на АД влияет активность функциональных систем, представляющих основные эндогенные факторы работы организма. АД измеряют в кардиологии, при медикаментозных и других терапевтических процедурах, при суточном мониторировании, скрининговых профилактических осмотрах, экспресс-анализе состояния, в чрезвычайных и экстремальных ситуациях, при выполнении ответственной работы операторов, в спортивной медицине. Контроль АД необходим при активном воздействии на организм, когда повышение или снижение показателей АД становится опасным для здоровья. Эти ситуации возможны во время тренировок с управляемой нагрузкой на сосудистую систему, например при велоэргометрии, ортостатических и других функциональных пробах; при действии перегрузок во время тренировок на центрифуге и в реальных условиях пилотирования летательными аппаратами; при глубоководном погружении.
Однако методические возможности окклюзионных методов существенно ограничены по производительности измерений и номенклатуре измеряемых показателей. При этом невозможно анализировать функционирование единой многофакторной сосудистой системы организма, нервную регуляцию кровообращения, картину синхронизации перераспределения крови между разными ее отделами, состояние сосудистого тонуса, модулирующее влияние на наполнение сосудов эндогенных и внешних факторов.
Принципиальный недостаток окклюзионных методов представляет вмешательство в кровообращение, нарушающее структуру кровотока и кровоснабжение тканей в конечности, и влияющее на кровообращение в области центральной гемодинамики. Инициируется индивидуально выраженная сосудистая реакция, причина последующей серии функциональных изменений. В области создания давления на сосудистую сеть кратковременно прекращается, а в соседних участках нарушается лимфодренаж, ограничивается, или останавливается возврат венозной крови из конечности в сердце и артериальный приток к тканям, расположенным дистальнее области компрессии, меняется состав крови и условие газообмена в тканях. Изменяется наполнение сосудов и распределение внесосудистой жидкости в участке механического воздействия и соседних областях. Проявление изменений зависит от состояния сосудистой системы и от характера и индивидуальной переносимости окклюзии. Поэтому в результатах многих сравнительных измерений АД разными методами отмечены расхождения, неудовлетворяющие требованию стандартов. Это может связываться с изменениями, вызванными измерительной процедурой (ИП), и в особенности при патологиях. В то же время информация при патологиях имеет большое значение, так как измерения проводятся для диагностики. Методические недостатки ограничивают возможности исследований при гипертен-зии, гипотонии и других заболеваниях. Поэтому для получения корректных результатов требуются контроль и данные о процессах в ходе ИП. Вместе с АД необходим комплекс данных об упруго-эластичных свойствах сосудов разных отделов; о распределении и динамике перераспределения крови и лимфы в разных участках тела; о вариабельности АД и ЧСС; модулирующем действии эндогенных факторов и влиянии внешних воздействий на организм. К характеризующим кровообращение параметрам также относятся: ударный объем; сопротивление стенок артерий растяжению; объемное соотношение наполнения разных сосудов; скорости кровотока и распространения пульсовой волны (СРПВ); вязкость циркулирующей крови; ориентация тела в поле гравитационного притяжения, обуславливающая гидростатическое давление крови; характер движения тела в пространстве, обуславливающий действие на кровоток инерционных сил и др. факторы.
Методы измерения АД изучены и используются лишь для определения его показателей. В то же время, в регистрируемых сигналах присутствует информация о переходных гемодинамических процессах и модулирующем влиянии эндогенных факторов на гемолимфонаполнение (ГЛН). В алгоритмах обработки это не используется и исключается как проявление артефактов. Теряются данные о гемодинамических процессах.
Особо выделяется, что в мире производится большое число измерителей АД. Их пользователи - сотни миллионов пациентов, по результатам измерений применяющих лекарственные препараты и другие виды терапии. Поэтому актуальны разработки более информативных методов и устройств. Необходим системный анализ изменений при окклюзионных измерениях. Его цель - устранение недостатков, снижающих достоверность результатов, а также получение нового качества - расширения функциональных возможностей окклюзионных методов. ИП представляется функциональной гемоди-намической пробой (ФГП) на сосудистую систему и окружающие ткани, позволяющей анализировать особенности их жидкостного наполнения. До диссертационного исследования влияние на гемодинамику внешней компрессии при измерении АД теоретически не анализировалось, и это влияние не использовалось как ФГП на систему сосудов. В то же время, в определённой мере усложнение ИП и создание перестраиваемых АПК с необременительным для пациентов воздействием представляет перспективы осуществления комплексных исследований, по алгоритмам с инициированием сосудистой реакции.
Цель диссертационной работы - научное обоснование и практическое подтверждение методологии исследования сосудистой системы с неинвазивным вмешательством в кровообращение, обеспечивающим при реализации комплексных методов соот-
ветствующими аппаратно-программными средствами, - управление гемодинамическими процессами, контроль АД и наполнения разных участков сосудистого русла.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.
Провести теоретический анализ и экспериментальное обоснование практических исследований изменения АД и наполнения сосудов в процедуре измерения АД.
Представить концепции объемного статуса и суперпозиции вклада изменений в наполнении сосудов разных отделов системы кровообращения при внешнем давлении и под влиянием эндогенных факторов, позволяющие на качественном уровне анализировать сосудистую реакцию. Представить систему многофакторной классификации процессов, проявляемых при давлении на локальные участки тела, с учётом того, что вмешательство изменяет кровообращение непосредственно в области механического воздействия, и влияет на сопредельные и пространственно отдалённые участки сосудистого русла, включая область центральной гемодинамики.
Для теоретического анализа изменений при компрессионных воздействиях на локальные участки тела представить модели биотехнической системы (БТС) управления гемодинамическими процессами в верхней конечности и в целостном организме.
На основе моделей и описания гемодинамических процессов в процедурах измерения АД представить ФГП на сосудистую систему конечности и систему кровообращения целостного организма. Переходные гемодинамические процессы при измерении АД характеризовать показателями реакции. Представить комплексные методы исследования гемодинамических процессов на основе методов измерения АД.
Провести анализ и представить способ учёта погрешностей в результатах измерения АД при комплексных исследованиях гемодинамических процессов в конечности.
Провести экспериментальные исследования гемодинамических процессов, подтверждающие полученные теоретические выводы, и провести сравнительные исследования разработанных и известных методов.
Представить и апробировать методы изучения гемодинамических процессов по результатам компрессионных ИП, применительно к верхней конечности и к анализу ОД изменений, связанных с движением краниальных тканей.
Объектом исследования в работе являются комплексные методы исследования гемодинамических процессов и аппаратно-программные средства, предназначенные для создания давления на локальные участки тела, и для анализа при этом динамики изменения АД и кровенаполнения сосудов в разных участках сосудистого русла.
Предметной областью исследования являются: способы теоретического описания функционирования составляющих звеньев БТС, управляющей гемодинамическими процессами при неинвазивном вмешательстве; объемный статус сосудистой системы и его составляющие; методы управления вкладом в суперпозиции наполнения составляющих разных отделов сосудов; способы анализа модулирующего влияния эндогенных факторов и внутриглубинных процессов в организме на наполнение сосудов; методы исследования изменений в системе сосудов, как в подсистеме жидкостного обмена и движения тканей в общем объёме тела; алгоритмы функционирования сосудистой системы в исследованиях гемодинамических эффектов с проявлением и разделением действующих механизмов в циклически повторяемых процессах и при изменении условий.
Методы исследования. В работе использован подход, в основу которого положены взаимосвязанные теоретические и экспериментальные разработки. Теоретические исследования выполнены на основе системного анализа, с учетом данных физиологии систем кровообращения, внешнего дыхания, соединительной ткани, опорно-двигательной системы, теоретических и практических данных из остеопатической медицины, с использованием теорий упругости, моделирования, автоматического управления, электрических цепей, спектрального анализа сигналов, измерений и методов
оценки погрешностей измерений, вероятности, а также теории синтеза биотехнических систем, необходимых для решения конкретных задач, возникавших в разработке темы.
Для подтверждения основных теоретических положений в работе выполнены сравнительные экспериментальные исследования и анализ результатов, полученных ау-скультативным, осциллометрическим, фотоплетизмографическим, ангиотензиотоногра-фическим методами измерений, методом разгруженной стенки сосудов, а также в исследованиях вариабельности показателей сердечного ритма и АД и лазерных допплерогра-фических флоуметрических исследований. В обработке результатов применялись методы математической статистики и пакет «Матлаб», программы математической обработки данных. При регистрации данных использованы компьютеризированные АПК. Моделирование ИП проводилось с применением программно-математического моделирования работы электронных схем «Micro-cap».
Научные положения, выносимые на защиту.
-
Определено, что наполнение сосудистой системы, функционирующей в окружении и в составе многосистемного объекта, внутренней среды организма, и при действии внешних факторов, характеризует её объемный статус (ОС). ОС определяется участием и суперпозицией объемов наполнения, создаваемых в отделах системы кровообращения с разным внутрисосудистым давлением, и влиянием на них факторов воздействия. На ОС влияют факторы эндогенного происхождения: ЧСС, диапазоны изменения внутрисосудистого давления и ёмкости сосудистого русла разных сосудов; модулирующее действие на наполнение сосудов, создаваемое при движении окружающих тканей; нервно-гуморальная регуляция тонуса сосудов. На ОС влияют внешние факторы: пространственная ориентация тела в поле гравитационного притяжения, обуславливающая действие гидростатического давления; характер движения тела в пространстве, обуславливающий действие на кровоток инерционных сил; давление окружающей среды. Создание внешних факторов инструментальными средствами позволяет неинвазивно вмешиваться в кровообращение и управлять гемо динамическими процессами и ОС.
-
Установлено, что неинвазивное вмешательство в кровообращение, производимое инструментальными средствами путём давления на локальные участки тела, и в частности при измерении АД, по сути, является ФГП на сосудистую систему, инициирующей множественные изменения. В результате происходит ответная комплексная сосудистая реакция. При этом в зависимости от внешнего давления проявляются изменения в наполнении отделов сосудов с разным уровнем внутрисосудистого давления, сосудов разного калибра и в разных участках сосудистого русла. В связанных с местом приложения давления участках: - изменяются условия кровоснабжения тканей; - происходят переходные ОД процессы жидкостного перераспределения в сосудистой системе и окружающей внесосудистой среде; - сдвигаются диапазоны изменения параметров внутрисосудистого давления, объемов и соотношение объемов наполнения сосудов разных отделов системы кровообращения; - нарушается лимфодренажная функция; - проявляется венозный и лимфатический застой; - активизируются артерио-венозные анастомозы; - изменяется насыщение крови кислородом; - нарушается структура движения крови; - происходит внешнее воздействие на выполняющий множественные ответственные функции сосудистый эндотелий; - отмечается ноцицепторная реакция. Использование проявляемых изменений, как объектов контроля, расширяет функциональные возможности исследований системы кровообращения, осуществляемых инструментальными средствами в ИП с внешним воздействием на сосудистую систему. Эти изменения могут служить для контроля в процедурах со вспомогательным управлением функционирования системы кровообращения, для потенциально возможных достижений профилактических, тренировочных и терапевтических целей. Характеризующие эти изменения соответствующие параметры, а также феномен Короткова, методы осциллометрии,
плетизмографии и метод Пеньяза, - составляют методические возможности для использования в качестве сигналов биологической обратной связи (БОС) при построении не-инвазивных биотехнических систем (БТС) управления гемодинамическими процессами.
-
Установлено, что создание инструментальными средствами внешнего давления на локальные участки тела приводит к изменению АД, жидкостного наполнения сосудов и окружающих тканей в области приложения давления, в сопредельных и пространственно отдалённых участках сосудистого русла, включая область центральной гемодинамики. Эти участки представляются местами съёма сигналов БОС, обеспечивающих в происходящих при воздействии гемодинамических процессах контроль и управление параметрами АД и наполнения сосудов.
-
Установлено, что в ФГП с неинвазивным вмешательством в кровообращение при создании на локальном участке тела внешнего давления, останавливающего, или ограничивающего кровоток, и при его восстановлении после воздействия, в разных отделах и участках русла сосудистой системы регистрируются инициируемые переходные гемодинамические процессы изменения АД и кровенаполнения сосудов. Такая сосудистая реакция проявляется в частности и при измерениях АД окклюзионными методами, в результате контроля которой вместе с показателями АД определяются отражающие состояние сосудов показатели переходных геодинамических процессов.
-
Установлено, что управление вкладом составляющих в суперпозиции ОД наполнения сосудистой системы, одновременно происходящего в разных её отделах, реализуется в исследованиях при комплексном действии на систему сосудов дозированных уровней давления, и с анализом при этом отражающих суперпозицию сигналов. Дозированием дискриминируется функционирование сосудов с меньшим диапазоном внутри-сосудистого давления, но не ограничивается участие сосудов, давление в которых выше.
-
Установлено, что к источникам методических погрешностей измерения АД окклюзионными методами относятся изменения параметров АД и наполнения сосудов, вызванные в ИП вследствие: - сосудистой реакции на вмешательство в кровообращение процедурой измерения; - модулирующего действия движений тканей в организме. Учёт этих влияний реализуется путём контроля гемодинамических изменений в ИП и по представлению результатов измерения АД вместе с показателями динамики его изменения в переходных процессах реакции, и с показателями вариабельности изменения АД.
Научную новизну результатов работы составляет научно обоснованное решение методологии исследования сосудистой системы на основе неинвазивного вмешательства в кровообращение, с использованием инструментальных средств, обеспечивающих контроль и управление гемодинамическими процессами в организме при создании давления на локальные участки тела. При этом новыми являются:
концепция ОС сосудистой системы, определяющая вклад сосудов разного предназначения в суперпозиции их наполнения, и используемая при выборе способов разделения и идентификации участия разных сосудов в суперпозиции, путём дозированного воздействия на систему сосудов, и с применением при этом спектрального анализа регистрируемых сигналов суперпозиции;
анализ изменений наполнения в сосудистой системе, при котором она рассматривается как часть сложного многосистемного объекта, объединенного соединительной тканью и жидкостной внутренней средой организма, участвующих во внутриглубинных движениях, создающих модулирующее действие на АД и ГЛН сосудов;
ФГП на сосудистую систему, проводимая путём создания давления на локальные участки тела, и в частности в процедуре измерения АД окклюзионными методами; в результате ФГП, в дополнение к показателям АД, по переходным гемодинамическим процессам определяются показатели сосудистой реакции;
функциональные модели БТС управления гемодинамическими процессами в ко-
нечности и целостном организме, предназначенные для анализа изменений кровообращения, проявляемых при неинвазивном вмешательстве в процедуре измерения АД;
- комплексный метод управления, контроля и оценки вклада составляющих в су
перпозиции изменений ГЛН в сосудистой системе, осуществляемый путём создания на
систему сосудов дозированных уровней давления, и использующий при этом спектраль
ный анализ сигналов, отражающих изменение суперпозиции; дозированное давление
дискриминирует функционирование сосудов с меньшим внутрисосудистым давлением,
но не оказывает влияния на функционирование и вклад сосудов, диапазон внутрисосу-
дистого давления которых выше воздействующего давления;
- комплексные методы исследования сосудистой системы при неинвазивном
вмешательстве в кровообращение и с анализом переходных гемодинамических процес
сов в разных участках сосудистого русла, и анализом вариабельности АД; методы осно
ваны на теоретических результатах и экспериментальных данных о проявлении ини
циированных окклюзионным воздействием в процедурах измерения АД переходных ге
модинамических процессов изменения АД и кровенаполнения сосудов верхней конеч
ности;
решение проблемы учёта методических погрешностей измерения АД окклюзи-онными методами, вызванных влиянием вмешательства в кровообращение и модулирующего действия эндогенных факторов на измеряемые показатели;
классификация сосудистых реакций в организме в ответ на внешнее неинвазив-ное воздействие на локальные участки тела, расширяющая представление об изменении АД и наполнения сосудов при вмешательстве в кровообращение;
Способ Мохова-Чащина получения данных о системе краниальных тканей, позволяющий при внешней дозированной компрессии регистрировать сигналы, вызванные их ОД изменением, и анализировать характер движения.
В отличие от известных методов исследований с компрессионным воздействием на сосудистую систему, интерпретация проявляемых изменений АД и наполнения сосудов основана: на анализе влияния на измеряемые показатели внешних воздействий; на концепции суперпозиции и разделения вклада в ГЛН разных отделов системы сосудов; на классификации сосудистых реакций в ответ на воздействие, в которых учитывается модулирующее влияние эндогенных факторов на ГЛН сосудов.
Научная новизна подтверждается следующими результатами.
-
При измерении АД с созданием давления на сосуды плечевой области в пальцевых сосудах регистрируются переходные процессы изменения АД, согласующиеся с полученными в анализе на моделях БТС управления гемодинамическими процессами.
-
В ФГП на систему кровообращения при создании давления в процедуре измерения АД определяются показатели переходных гемодинамических процессов наполнения периферических сосудов, связанных с перераспределением крови.
-
При создании дозированных по уровню давлений на систему сосудов верхней конечности закономерно изменяется амплитудно-частотное соотношение составляющих, представленных в разных диапазонах спектра регистрируемого сигнала, отражающего суперпозицию их наполнения.
-
Результатами гемодинамических исследований при дозированных компрессионных воздействиях на локальные участки тела и в частности при воздействии на разные участки конечностей и краниальные ткани.
-
Результатами, полученными при верификации и в реализациях комплексных методов, с использованием созданных аппаратно-программных средств для исследования ОД изменений наполнения сосудов.
Практическая значимость работы заключается в том, что на основе концепций ОС сосудистой системы, суперпозиции ГЛН сосудов разных отделов, влияния внешнего
давления и модулирующего влияния эндогенных факторов на ГЛН, разработаны и внедрены устройства для измерения АД и методы управления и контроля изменений АД и процессов наполнения сосудов. Практическое значение имеют:
Система функциональных моделей БТС управления гемо динамическими процессами и методы анализа и сравнительной оценки параметров ОД изменений жидкостного наполнения сосудистой системы и окружающих тканей верхней конечности при воздействиях. На моделях анализируются переходные гемодинамические процессы при внешнем давлении, позволяющие их использовать в исследованиях, реализующих алгоритмы окклюзионных методов измерения АД.
Новые комплексные методы исследования гемодинамических процессов с неин-вазивным вмешательством в кровообращение. В частности, ФГП на сосудистую систему, проводимая в процедуре измерения АД окклюзионными методами, провоцирующая проявление в разных участках сосудистого русла сосудистой реакции изменения АД и наполнения сосудов, и расширяющая функциональные возможности исследований.
Аппаратно-программные средства, основанные на комплексировании окклюзионных методов, предназначенных для измерения АД в разных участках сосудистой системы, и основанные на классификации гемодинамических процессов при неинвазивном вмешательстве в кровообращение. Они расширяют функциональные возможности исследования гемодинамических процессов с использованием известных устройств для измерения АД и для фотоплетизмографических исследований.
АПК, предназначенный для исследований функционирования сосудистой системы, в алгоритме работы которого реализуется анализ амплитудно-частотных показателей спектра сигналов, связанных с изменением ГЛН сосудов при дозированных компрессионных воздействиях на локальные участки тела. При этом при дозировании внешнего давления разделяется вклад составляющих в суперпозиции ГЛН отделов сосудов с разным уровнем внутрисосудистого давления.
Совмещение в модификации ФГП на сосудистую систему метода непрерывного измерения АД по Пеньязу, основанного на стабилизации объема наполнения артериальных сосудов, и окклюзионного метода измерения АД в плечевой области, позволяющей исследовать гемодинамические процессы перераспределения крови между артериями и венами в верхней конечности.
Комплексный метод исследования АД и наполнения сосудов, предназначенный для анализа переходных гемодинамических процессов перераспределения крови между артериальным и венозным отделами сосудов верхней конечности. При этом определяются показатели, характеризующие изменения в разных участках сосудистого русла одной конечности: Рс; Рд;; Рср ; венозное давление Рв.; СРПВ в функциональном диапазоне изменения АД; константы времени перераспределения крови между артериальным и венозным отделами с уравновешиванием кровяного давления в верхней конечности, и времени восстановления кровообращения после окклюзии при возобновлении кровотока в конечности; упругость стенки сосудов в зависимости от АД. Кроме того, неинвазив-ные исследования кровеносных сосудов реализуются в функционально широком диапазоне изменения АД, включающем уровни ниже диастолического давления, и при условии гемо динамической изоляции от процессов в области центральной гемодинамики.
Реализация исследований гемодинамических процессов в верхней конечности в условиях изоляции от влияния на них процессов в области центральной гемодинамики, но с сохранением связи с рецепторным аппаратом центральной нервной системы.
Способ сравнения устройств для измерения АД, основанный на имитации функциональных состояний организма и нарушений кровообращения.
АПК медицинского управления и контроля, предназначенный для тренировок сердечно-сосудистой системы при работе на велоэргометре, и квазинепрерывных изме-
рений АД при этом в исследовании динамики изменения АД по алгоритму, повышающему производительность получения результатов измерения.
Способы повышения достоверности измерения АД при велоэргометрических пробах и устройства для их осуществления в присутствии артефактов двигательной активности, в которых путём частотной фильтрации, амплитудной дискриминации и временного стробирования тонов Короткова проявляются информативные признаки АД.
Повышение достоверности результатов измерения АД окклюзионными методами и извлечение дополнительной информации из инициируемых при измерениях гемо-динамических процессов реакции. За счёт оценки результатов с учётом действия на измеряемый параметр самой ИП и модулирующего влияния движения тканей организма, расширяются функциональные возможности исследования сосудистой системы.
Метод избирательного управления наполнением системы сосудов, осуществляемый при дозированных уровнях внешнего давления. При этом из суперпозиции исключается вклад сосудов с меньшим внутрисосудистым давлением, и не дискриминируется функционирование сосудов с превышающим внутрисосудистым давлением, а в обработке данных используется анализ спектров сигналов, отражающих их наполнение.
Использование спектрального анализа сигналов, отражающих наполнение сосудов верхней конечности, и движение краниальных тканей, в исследованиях с дозировано компрессионным воздействием, подтверждающие проявление процессов с участием отделов сосудистой системы с разным уровнем внутрисосудистого давления;
Способ Мохова-Чащина получения данных о движении краниальных тканей и устройство для его осуществления.
Классификация эффектов и процессов изменения АД и ГЛН сосудов при вмешательстве в кровообращение, расширяющая представление о сосудистой реакции в организме в ответ на внешнее неинвазивное воздействие на локальные участки тела, и ориентированная на использование известных, модифицированных и новых методов исследования сосудистой системы.
Материалы диссертационной работы использованы в завершенных НИОКР и НИР, имеют внедрения в практику, используются в новых разработках и защищены авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ на изобретения.
Достоверность результатов обеспечена теоретическим обоснованием и экспериментальным подтверждением выдвинутых положений, систематической проверкой оригинальных данных, полученных на основе теоретических результатов, сравнительным анализом результатов, полученных независимыми методами исследований, а также большой статистической выборкой исследуемого материала и корректным способом его статистического анализа с использованием современных методов обработки данных.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в ФГУП СКТБ "Биофизприбор" ФМБА России (С.-Петербург), в трёх институтах и двух центрах ФМБА России, в СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова, в Институте эволюционной физиологии РАН им. И.М. Сеченова, на Медицинском факультете СПбГУ, в Институте остеопатии СПбГУ (СПб), в МИОО (Москва), в Детской клинической больнице (СПб), в НПП "НЕО" (СПб), в ООО "ИНТОКС" (СПб).
Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы диссертационной работы докладывались на: Областной н.-техн. конф. (Ростов-на-Дону, 1986); II и III Всес. н.-техн. конференциях Проблемы создания техн. средств для диагностики и лечения заболеваний сер д.-сосудистой системы (Львов, 1987 и 1990); Всес. н.-техн. конф. Электроника и спорт-IX (Таллин, 1988.); IX Всес. конф. Измерения в медицине и их метрологическое обеспечение (Москва, 1989); Всес. конф. Человеко-машинные системы и комплексы (Таганрог, 1989); XIX Отраслевой н.-техн. конф. молодых ученых и специалистов (Москва, 1989); II Всес. междисциплинарной н.-техн. школе-семинаре Непе-
риодические быстропротекающие явления в окружающей среде (Томск, 1990); Межд. конф. Механизмы функционирования висцеральных систем (С.-Петербург, 1999); III н.-практ. конф. Аппаратура и методы медицинского контроля и функциональной диагностики состояния человека в экстремальных условиях (С.-Петербург, 2005); 60 - 64 н.-техн. конференциях СПбНТОРЭС, (С.-Петербург, 2005 - 2009), V Межд. симпозиуме Электроника в медицине. Мониторинг, диагностика, терапия. Кардиостим, (С.Петербург, 2006); XII Межд. симпозиуме «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред», (Москва, 2006), Межд. конгрессе «Рефлексотерапия и мануальная терапия в XXI веке» (Москва, 2006), VI и VII Межд. н.-техн. конференциях "Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии" (ФРЭМЭ), (Владимир-Суздаль, 2006 и 2008), Втором межд. конгрессе «Нейробиотелеком-2006», «Информационные технологии, биоэнергоинформационные процессы и диагностические системы в нейробиологии, здравоохранении и образовании», (С.-Петербург, 2006), I Межд. Французско-Российской н.-практ. конф. по перспективам использования технических средств в остеопатии, (Париж, 14-15.10.2007), Межд. симпозиуме «Остеопатия. Перспективы интеграции остеопатической медицины в акушерско-гинекологическую и педиатрическую практику», (С-Петербург, 2007), Межд. конф. «Остеопатия как система диагностики и лечения», (С-Петербург, 2007), V Межд. симпозиуме «Фундаментальные основы остеопатии», (С-Петербург, 2007), Межд. конгрессах «Традиционная медицина», (Москва, 2007 и 2009), XI Межд. конференции «Биомедицинская инженерия», Медико-экологические информационные технологии, (Курск, 2008), Межд. симпозиуме - Интеграция остеопатии в национальный проект «Здоровье»: возрастная остеопатия. Жидко-стносоединительнотканый аспект. (С.-Петербург, 2008), Межд. симпозиуме «Функциональный череп. Научные и клинические аспекты применения остеопатии в краниальной области. Единый взгляд на диагностику и лечение в неврологии, стоматологии, отоларингологии, офтальмологии», (С-Петербург, 2009), Н.-практ. конф. «Актуальные вопросы внутренних болезней», (С-Петербург, 2009), Межд. форуме «Биофизтехноло-гии» (Биосистемы, физические поля, технологии - на службе человека), (С.-Петербург, 2011), Межд. научной медико-техн. конф., ИМБП РАН, (Москва, 2011), Н.-практ. конференциях профессорско-преподавательского состава кафедры Биотехнические системы СПбГЭТУ (ЛЭТИ), Всероссийских н.-техн. конференциях с межд. участием «Мед. информационные системы», МИС, (Таганрог, 2000, 2006, 2008, 2010 и 2012).
Публикации. По теме работы опубликовано 115 научных работ, в том числе в двух монографиях и учебном пособии, в 47 публикациях в изданиях из списка ВАК, включая 36 статей и 11 авторских свидетельств и патентов на изобретения СССР и РФ.
Личный вклад автора во всех работах, выполненных в соавторстве, включает постановку задачи, концепцию и разработку основных методов и технических средств для проведения исследований, обработку и анализ результатов. Автор - инициатор и непосредственный исполнитель всех теоретических и экспериментальных исследований.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 273 наименования и приложения. Основная часть работы изложена на 307 страницах машинописного текста. Работа содержит 75 рисунков и 9 таблиц.
Комплексные методы исследования кровеносных сосудов и гемодинамиче-ских процессов в верхней конечности при компрессионных воздействиях
С целью теоретического анализа и определения подходов к разработке практических методов и аппаратно-программных средств для исследования ге-модинамических явлений при вмешательстве в кровообращение, анализируются информационные сигналы, связанные с наполнением сосудов. Анализируются способы проявления в них информативных признаков.
Для определения составляющих вкладов в суперпозицию объема наполнения сосудистого русла и их разделения анализируются способы его описания с разбиением на элементарные составляющие. Разбиение предоставляет практическую возможность планировать алгоритм реализации исследований с разделением вклада ответственных составляющих. Это осуществляется путём управления экспериментом при создании интегрально направленного компрессионного воздействия на совокупность сосудов, давление при котором превышает внутрисосудистое давление в определённых сосудах. При этом из общего изменения исключается вклад полностью компрессированных сосудов.
В главе представлены основные функционирующие отделы сосудистой системы, отвечающие за объемные изменения и связи обследуемого участка тела с нервной системой. Модель позволяет на качественном уровне анализировать ОД проявления в наполнении сосудов с разным уровнем внутрисосудисто-го давления, происходящие в ответной реакции на внешнее давление.
Представлен способ теоретического описания ОД изменений с использованием впервые введённого теоретического понятия объемный статус (ОС) сосудистой системы. ОС составляют отделы сосудов с разным уровнем внутрисо-судистого давления и динамическим проявлением объемных изменений. Анализируется схема гидромеханического взаимодействия тканей при направленном извне компрессионном воздействии на локальные участки тела. Указывается, что физическими факторами, определяющими силовой баланс взаимодействия между жидкостными компартментами и окружающими их упруго-вязкими структурами соединительной ткани являются объем и давление. Они выступают в роли взаимосвязанных характеристик, определяющих динамику наполнения тканей в области локального воздействия.
При описании процессов в сосудистой системе анализируется общая передаточная функция компрессионно-объемнодинамического преобразования (КОП) в наполнении сосудистого русла и окружающих тканей. В обобщенном представлении КОП использован многополюсный блок передачи без внутренних связей - чёрный ящик, входными параметрами которого являются объемная скорость артериального кровотока, направленного из магистральных сосудов в плечевую артерию, а также параметр АД. Выходными параметрами блока являются: лимфатическое и кровяное давление; объемы наполнения лимфатических и кровеносных сосудов лимфой и кровью; изменения жидкостного наполнения окружающих сосуды тканей. Описание на качественном уровне представляет КОП и изменения в сосудистой системе, вызванные внешним давлением на локальные участки тела, и приводящим к параметрическим изменениям объемного статуса сосудистой системы и наполнения окружающих тканей.
В выводах главы отмечается, что объемнодинамические проявления жидкостного наполнения сосудов и окружающих их тканей отражают процессы во внутренней среде организма и, в частности, они представляют результирующее действие разных движений в объёме тела. Изменения распространяются на расстоянии в сфере большого и малого радиуса действия. Связанные с изменениями сигналы регистрируются известными методами функциональной диагностики в разных участках тела, что позволяет исследовать действие ответственных за их управление механизмов.
Предложенные концепции использованы в главе 3 при разработке моделей кровообращения при внешнем компрессионном воздействии.
В главе 3 представлены гемодинамическая и электрическая модели функционирования сосудистой системы в условиях с компрессионным воздействием на локальные участи тела, и в частности на верхнюю конечность. Модели на качественном уровне позволяют анализировать процессы и определять характеризующие их показатели переходных процессов. В главе проводится систем 28 ный анализ гемодинамических проявлений в разных участках организма при измерении АД с ишемическим действием на кровеносные сосуды. Формулируется концепция и представляется математическое описание модели суперпозиции и модулирующего влияния эндогенных и экзогенных факторов на наполнение сосудов.
В связи с универсальным характером проявления информативных признаков в разных сигналах, снимаемых с тела, решается закономерный вопрос об интерпретации составляющих суперпозиции динамических изменений жидкостного наполнения в разных участках тела и их выделении. Для этого в представлении физической модели суперпозиции действия эндогенных факторов на ГЛН сосудов учитываются движения основных структурных образований и механизмы передачи модулирующего действия медленно волновых составляющих на пульсирующий характер наполнения сосудов. Рассматриваются вопросы планирования комплексных методов исследования гемодинамических процессов в организме, как ФГП, реализуемая на основе процедуры измерения АД и на основе результатов анализа на моделях.
В выводах отмечается, что системный анализ проявлений кровообращения при внешнем воздействии, использован как элемент методологии научного познания явлений. Это имеет значение практическое значение. В результате определён подход к исследованиям ранее не используемых гемодинамических изменений. Представлена и обоснована перспектива создания комплексных методов и соответствующих инструментальных средств, предназначенных для исследований при диагностическом контроле и терапии. Они основаны на использовании дозировано компрессионных воздействий на локальные участки тела, и анализе при этом изменений, включая анализ спектров сигналов, проявляющих ОД изменения наполнения сосудов.
Проблемы воспроизведения сосудистой реакции в инструментальных исследованиях с компрессионным воздействием на локальные участи тела
Основной функцией артериального отдела системы кровообращения является создание постоянного напора, за счёт которого кровь транспортируется по сосудам. От уровня и характера изменения АД зависит кровоток в организме и соответственно кровоснабжение тканей (приток артериальной, отток венозной крови и перераспределение в тканях). Согласно закону Пуазейля, минутный объем крови (Q), протекающей через поперечное сечение сосуда прямо пропорционален создаваемому перепаду давлений (Р2 - Рі) в начале и конце сосуда и обратно пропорционален его периферическому сопротивлению (Rп):
Поэтому обмен веществ через стенки кровеносных сосудов в значительной мере непосредственно зависит от давления на них движущейся крови. С одной стороны, с физиологической точки зрения, при кровотоке, обеспечивающем нормальным обмен веществ в тканях и органах всего организма, это давление должно быть достаточным. С другой стороны, по медицинским представлениям, давление не должно превышать уровень гипертонической опасности для стенки сосудов жизненно важных органов и тканей (мозга, сердца, почек, желез внутренней секреции и других органов).
Очевидной является физиологическая целесообразность того, что АД выступает, как гомеостатический показатель внутренней среды организма. Изменения АД подчинены контролю со стороны ЦНС, структур головного мозга, и действуют физиологические механизмы регуляции и специализированные ба 45 рорецепторы. Даже в состоянии покоя у каждого человека показатели АД в крупных артериях колеблются в широких пределах, и меняются в ответ на изменение активности организма.
Значительными являются охват вовлекаемых структур и процессов, происходящих за счёт АД и участвующих в кровообращении. Для представления его масштаба приведем данные по ряду показателей, определяющих давление в разных сосудах, обеспечивающих жизнедеятельность, состояние тонуса сосудов и распределение крови в сосудистом бассейне.
Суммарный объём циркулирующей крови (ОЦК) в одну минуту взрослого человека в покое составляет от 4 до 5 л. Объем крови, заполняющей всю артериальную систему, составляет от 10 до 15% от общего ОЦК. Общая протяженность сосудистого русла в организме, включая капиллярные сосуды, составляет по порядку величины 100000 км [51]. При физических нагрузках число открытых капилляров может возрасти в 50-100 раз, за короткие промежутки времени радикально изменяя кровоснабжение органов и распределение крови в сосудистой системе. Изменение ОЦК при переходе из спокойного состояния в активное происходит за несколько кардиоциклов, во время которых в кровообращение включается значительный объём депонированной крови. При этом число открытых капилляров может возрасти в 700 раз [51]. Капилляры, как исполнительные органы, входят в систему обеспечения запросов метаболизма и оказывают влияние на перераспределение крови.
Скорость распространения пульсовой волны VРПВ, зависящая от АД и тонуса кровеносных сосудов может варьировать в пределах от нескольких единиц см/с, в капиллярах, до более 10 м/с - в крупных артериях.
Доля в объемном отношении артериальной части к венозной и капиллярной частям крови в сосудистом русле составляет 2:8.
К основным гемодинамическим процессам, непрерывно происходящим в организме при непосредственном действии АД, относятся: - приток крови, доставляющий артериальную кровь тканям; - отток венозной крови, обеспечивающий отвод продуктов метаболизма; - депонирование крови в сосудистой системе; - распределение и перераспределение крови за счёт работы сердца и активного участия кровеносных сосудов, определяемого тонусом;
- регуляция АД в организме, действующая в соответствии с внутренними потребностями и внешними условиями пребывания организма, и осуществляемая по двум ветвям нервного контроля, и обеспечиваемого функционированием структур сосудистого и дыхательного центров головного мозга.
Кроме того, что перечисленные процессы происходят под действием внутрисосудистого давления, они сами вносят вклад в его изменение и являются одной из причин вариабельности показателей АД [56, 57, 197, 229, 232, 234, 250]. Поэтому при контроле системы кровообращения важными являются не однократные измерения его показателей, а контроль гемодинамических процессов, отражающий временную динамику кровообращения в разных участках сосудистой системы. По динамическому проявлению изменений можно исследовать работу исполнительных физиологических механизмов, включая управление тонусом сосудов и чувствительность барорецепторов.
При анализе функционирования сосудистой системы можно использовать данные о кровообращении органов [109, 111]. Удобным объектом для модельных исследований органного кровообращения представляется система кровеносных сосудов верхней конечности, так как в ней реализуются неинвазивные методики исследований, основанные на общепринятых методах измерения АД с окклюзионным воздействием на ткани: измерения АД и ВД, и плетизмогра-фические методы.
Планирование комплексных методов исследования гемодинамических процессов в верхней конечности с процедурой измерения АД
В результате у врача появляется вспомогательное техническое средство, обеспечивающее создание управления и контроль в работе. Очевидными преимуществами ИС в сравнении с мануальными методами являются: объективизация результатов; автоматизация управления и контроля воздействий; регистрация данных о сосудистой реакции; осуществление сбора и программно-математической обработки данных исследования; документирование сеансов работы врача с пациентом.
Выводы
В практике применения мануальных методов, используемых в остеопати-ческой медицине, мануальной терапии и при выполнении массажных воздействий, имеется существенный недостаток. Это - отсутствие контроля воздействий на сосудистую сосуду и их ответной реакции по объективным показателям и критериям. Однако эффективность методов делает актуальной задачу создания инструментальных средств, исключающих, или уменьшающих роль субъективного фактора в оценках. Организация диагностических исследований и терапевтических воздействий с использованием инструментальных средств решает вопросы контроля и воспроизведения проявлений эффектов реакции организма при внешней компрессии сосудов и окружающих тканей. Это позволяет проводить анализ результатов по объективно регистрируемым сигналам.
В предложенной схеме (рис. 2.1) в качестве основных параметров используются объемнодинамические изменения жидкостного наполнения сосудов и окружающих тканей, являющиеся важным проявлением функционирования организма. Они проявляются в ответной реакции всего организма, в которой уча 98 ствуют разные системы. Существуют различия в реакции соответственно при условно нормальном состоянии организма и окружающей среды, так и при патологических изменениях и изменении внешних условий, включая создание внешних тестирующих (пробных) воздействий на локальные участки тела. При использовании технических средств эти особенности могут выявляться по объективным данным из регистраций сигналов. Это значительно расширяет функциональные возможности диагностических и терапевтических методов, основанных на создании компрессионных воздействий на сосудистую систему.
Объемный статус сосудистой системы организма
К проявлениям функционирования организма относятся объемные изменения жидкостного наполнения в сосудистой системе и внесосудистой среде окружающих тканей. Они вызваны происходящими в объеме тела процессами, связаны с движением разных тканей и с изменением давления жидкостей в сосудистых руслах и окружающих тканях. Эти изменения имеют закономерности, при детальном рассмотрении которых определяется их связь с работой основных органов и систем. Объемные изменения в организме проявляются многими методами, включая исследования гемодинамики [5-7, 20, 22, 24, 30, 34, 36, 39, 50, 56, 65, 67-70, 72-76, 80, 84-86, 89. 93]. Они проявляются при нормальном функционировании организма, их характер меняется при патологических состояниях и в соответствующей сосудистой реакции на внешние воздействия. Отмечаемые в определённых участках тела объемные изменения повторяются в соответствии с циклическим характером функционирования внутренних органов.
Кроме того, окружающая среда по отношению к организму представляется источником действия экзогенных факторов, влияющих на работу его систем. В зависимости от состояния внешней среды создаётся влияние на внутренние процессы в теле, что так же отражается на объемнодинамическом характере жидкостного наполнения в сосудистой системе и окружающих тканях. Объем 99 ные изменения в основном связаны с перераспределением жидкостей и сопровождают процессы газообмена в клетках и тканях. Изменения происходят непрерывно и повторяются в соответствии с работой внутренних органов.
Чтобы разобраться с проявлениями объемнодинамического характера жидкостного наполнения сосудов и окружающих тканей, вызванными внешним воздействием, с целью использования их для анализа при диагностике и терапии, ниже рассматривается авторское понятие объемный статус (ОС) сосудистой системы организма [36, 157].
Теоретический анализ объемного статуса системы сосудов Несмотря на разнообразие и иерархическое построение структур клеток, тканей, органов и систем организма, для них общим является проявление объ-емнодинамических изменений. Они происходят на фоне гомеостатического постоянства внутренней среды организма и связаны с функционированием организма, при котором происходят отклонения в пределах взаимосвязанных изменений давления и объемов наполняющих организм жидкостей. Верхняя и нижняя границы диапазонов объемных изменений воспроизводятся в циклически повторяемых изменениях ГЛН сосудистой системы. Объемные изменения наполнения сосудов связаны с морфологическими особенностями структур тканей и их индивидуальными особенностями функционального состояния. Они обусловлены взаимосвязями с внеклеточным матриксом и обменными процессами в организме. Гомеостатическое постоянство внутренней среды, объема и массы частей тела на всех уровнях иерархии организма поддерживается действием в соответствующих контурах управления механизмов локального и системного характера.
Методические особенности комплексных методов исследования упругости стенки кровеносных сосудов при компрессионных воздействиях
При разных уровнях компрессии в процессе всей процедуры измерения АД гемодинамическая связь сосудов участка 1 с магистральными сосудами не нарушается. В тоже время, несмотря на неразрывность, в тканях участка 1 происходят процессы, отражающие результат компрессионных воздействий на участок 2 (рис. 3.7). Поэтому объемнодинамические изменения на участке 1 отражают процессы сосудистой реакции, происходящей не только в этой области, но при работе сосудистой системы всего организма, включая сердце. Это связано с последовательностью гемодинамических явлений, инициированных вмешательством в кровообращение. К ним относятся следующие особенности: - изменение условий кровотока артериальной и венозной крови и влияние на скорости кровотока Qa и Qв и показатели кровяного давления - АД и Рв; - снижение объемнодинамического наполнения кровью объема V1в венозного бассейна, из-за снижения, или полного прекращения возврата крови из дистальных участков 2 и 3 верхней конечности (рис.3.7); - повышение периферического сопротивления артерий R2a на участке 2 ограничивает прохождение крови через него и приводит к повышению объема V1a кровенаполнения сосудов артериального бассейна на участке 1; - в сегменте конечности на участке 1 активизируется действие сети АВА, связанное с повышением периферического сопротивления на участке 2.
Активизация функции АВА связывается с биологической целесообразностью действия адаптивной сосудистой реакции в организме. Жизненно важная функция АВА принципиально сохраняет функциональное состояние кровообращения и защищает организм в разных случаях: при нарушении кровообращения и патологических состояниях сосудов в конечности; при спазмах сосудов, включая случаи травмирования, потерю конечности в несчастных случаях и других ситуациях. В условиях ненарушенного кровообращения - АВА практически не функционируют, а активизируются при нарушении кровотока, что способствует обмену и перераспределению артериальной и венозной крови.
Проявление действия АВА на участке 1 связано с тем, что нагнетаемая из магистральных артерий в верхнюю конечность кровь притекает в дистально расположенные сосуды конечности либо в ограниченном объеме, либо при изоляции гемодинамической связи между участками 1, 2 и 3. В любом случае на участке 1 происходит переполнение артериальной крови. За счёт этого повышается артерио-венозный градиент давления, вовлекающий в действие анастомозы и обеспечивается возврат крови в сердце по обычному пути, по венозному руслу в полую вену. Однако возвращаемая при этом кровь находится в состоянии исходного насыщения кислородом, неутилизированного тканями конечности. При определенной степени выраженности этого процесса, например, при спазме микрососудов, нарушается кровоток через капилляры. Под напором притекающей крови открываются лишенные мышечных элементов АВА.
Таким образом, вследствие того, что проходя через систему микроциркуляции, кровь не обменивается с интерстициальной жидкостью и, следовательно, с окружающими тканями, начинается артериализация смешанной венозной крови. При определенной продолжительности обходного пути кровотока через АВА возникает дефицит кислорода в тканях в участках 2 и 3. В них накапливаются продукты неполного окисления питательных веществ и биологически активных веществ [32, 158].
Примечательна ещё особенность объемнодинамических изменений сосудистого наполнения в участке 1. Она проявляется при достижении давления в манжете выше систолического давления Рс. Тогда в подманжетном пространстве ткани с меньшим внутренним давлением межтканевой жидкости полностью пережаты, останавлен кровоток и лимфодренаж. Создавшаяся ситуация на участке 1 в определённом смысле представляется моделью нарушения в экспериментально образованной «культе». Эта модель может использоваться для анализа и прогноза развития процессов различных нарушений, а также для исследования функционального состояния АВА. Такой вид ФГП может иметь практическое применение, так как эксперимент осуществляется неинвазивно, кратковременно и с использованием простых технических средств.
Участок 2 (рис. 3.7) в сосудистой системе верхней конечности представляет сегмент, на ткани которого непосредственно воздействует манжета. Они первыми воспринимают давление от манжеты, передаваемое на сосуды. Проявляемые процессы и объёмные изменения в тканях, происходящие при компрессионных воздействиях на участке 2, как и на участке 1, в литературе не детализированы. Отсутствуют модельные представления, позволяющие анализировать происходящие на этом участке изменения в сосудистой системе. В тоже время, случаи направленного воздействия технических средств на гемодинамику имеют практическое значение.
Проанализируем объемнодинамические преобразования, происходящие в тканях участка 2, как следствие внешнего давления. Главные преобразования, последовательно проявляемые по мере повышения давления, связаны с: – нарушением лимфодренажной функции; – нарушением условий возврата венозной крови; – снижением скорости распространения пульсовой волны в артериях; – проявлением феномена Короткова; – созданием более высокого периферического сопротивления, составляющего препятствие артериальному кровотоку и, как следствие, снижением уровня кровотока, вплоть до полной его остановки.
