Измерение кровотока
Для измерения кровотока используют множество процедур, основанных на самых разных физических принципах. Наиболее важное значение имеют те из общепринятых способов, при которых кровоток измеряется в интактном сосуде.
Электромагнитная флоуметрии. При использовании электромагнитной флоуметрии сосуд помещают между полюсами электрического магнита, так что силовые линии пересекают длинную ось сосуда. Когда кровь, представляющая собой раствор электролитов, проходит через магнитное поле, возникает напряжение, направленное перпендикулярно силовым линиям и кровотоку. Это напряжение можно измерить при помощи электродов, соответствующим образом расположенных на наружной стенке сосуда. Поскольку регистрируемое напряжение в каждый момент времени пропорционально расходу крови, этот метод позволяет подробно изучать пульсирующий кровоток. При помощи вживленных датчиков можно производить длительную регистрацию кровотока в сосудах диаметром от 1 мм и выше, вплоть до аорты.
Ультразвуковая флоуметрии. Этот метод основан на измерении времени прохождения ультразвуковых волн. Сосуд помещают между двумя половинами цилиндрической трубки, с обоих концов которой на противоположных сторонах находятся кристаллы. Эти кристаллы действуют попеременно как источники и приемники ультразвукового сигнала, проходящего через сосуд по диагонали. Время прохождения сигнала в направлении кровотока меньше, чем в обратном направлении; это время измеряют при помощи электронного устройства и по разнице затраченного времени вычисляют объемную скорость кровотока в сосуде.
Существует еще один, чрескожный (т. е. не требующий повреждения кожи) ультразвуковой метод определения
Глава 20. Функции сосудистой системы 563
линейной скорости кровотока в поверхностных сосудах. При использовании этого метода ультразвуковые волны посылают через сосуд в диагональном направлении с помощью одного кристалла, а отраженные волны улавливают другим. В соответствии с эффектом Допплера, когда частицы крови движутся по направлению к воспринимающему кристаллу, частота отраженных волн выше, чем испускаемых передатчиком, и наоборот. Таким образом, разница между исходной и отраженной частотами пропорциональна скорости движения частиц крови.
При использовании аппаратуры, позволяющей одновременно измерить диаметр сосуда, можно также определить объемную скорость кровотока.
Термоэлектрические методы. При помощи методов, основанных на изменениях теплопроводности тканей в зависимости от их кровоснабжения, можно производить длительные измерения относительных колебаний местного кровотока. Для этого используют два термоэлектрических элемента, представляющих собой биполярные электроды. Один из них при помощи электрического тока подогревается до постоянной температуры, немного большей температуры окружающих тканей. Об изменениях кровотока судят по разнице температур между нагретым и ненагретым электродами (температура последнего такая же, как и ткани). При увеличении кровотока эта разница снижается, так как тепло быстрее проводится от нагретого элемента. Оба элемента можно вмонтировать в игольчатый термощуп, позволяющий измерить кожный и мышечный кровоток у человека. В опытах на животных такие термощупы используют также для определения кровотока в миокарде, печени и головном мозге.
Окклюзиоииая плетизмография. При этом методе исследования объемную скорость кровотока в артериях оценивают по тому, насколько увеличивается объем конечности (или части конечности) при прекращении венозного оттока. Для этого конечность помещают в жесткий, герметически закрывающийся сосуд. Выше сосуда на конечность накладывают надувную манжету и создают в ней давление, несколько меньшее диастолического. При этом венозный кровоток прекращается, а артериальный не страдает. В результате объем конечности увеличивается, и это увеличение объема регистрируется. Артериальный приток вычисляют, исходя из скорости нарастания объема конечности в первые моменты исследования. По мере того как вены наполняются кровью, давление в них повышается и через некоторое время превышает давление в манжете, что приводит к восстановлению венозного оттока. С этого момента устанавливается равновесие при новых значениях объема; при этом, если известно венозное давление, можно вычислить растяжимость сосуда (V/P). Измерить изменение объема конечности можно и с помощью более простого метода, поместив вокруг нее датчик растяжения, сигнал с которого пропорционален степени его растяжения, т.е. изменению окружности (а следовательно, и объема) конечности.
Измерение сердечного выброса у человека. Сердечный выброс у человека можно измерить при помощи непрямых методов, не требующих каких-либо серьезных хирургических процедур. Эти методы основаны либо непосред-
ственно на принципе Фика, либо на косвенно связанных с ним способах разведения индикатора.
В
соответствии с принципом
Фика поглощение
кислорода
легкими (
),
артериовенозная разница по кислороду
(ав
)
и легочный кровоток (
л)
связаны следующим
уравнением:
(21)
На рис. 20.45, А приведен пример расчета сердечного выброса (минутного объема, МО) в состоянии покоя.
В норме у человека легочный кровоток равен системному, поэтому полученные при использовании метода Фика данные можно переносить на выброс левого желудочка. Однако в связи с тем. что содержание кислорода в крови, оттекающей от разных органов, различно, веноз-
|
Рис. 20.45. Схема измерения сердечного выброса по способу Фика (А) и методу разведения индикатора (£). В случае Б вычисляется минутный объем плазмы (МОП); учитывая, что гематокрит равен примерно 45%, общий сердечный выброс составляет около 6500 мл/мин |
564 ЧАСТЬ V. КРОВЬ И СИСТЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ
ную кровь следует забирать при помощи катетера из легочной артерии, где она уже полностью перемешалась. Сердечный выброс можно измерять аналогичным образом, используя в качестве индикатора СО2 или небиологические газы-ацетилен, закись азота и т.д.
При использовании так называемых методов разведения в кровь как можно быстрее (а не постепенно, как при поглощении О2 по способу Фика) вводят определенное количество какого-либо индикатора -красителя, радиоактивного вещества, холодной жидкости и т.п. Концентрация индикатора в сосуде, расположенном «ниже» (по току крови) от места введения, отражает величину объема крови, в котором этот индикатор растворился и был перенесен к месту забора пробы. Содержание индикатора можно определить при помощи специальных кювет, через которые течет кровь, или путем быстрых заборов крови; можно также производить фотоэлектрическую запись без забора крови. В результате получают кривые разведения, обладающие некоторыми важными характеристиками (рис. 20.45, Б). Момент введения индикатора-это как бы точка отсчета (время введения, ВВ). После латентного периода (ЛП) концентрация индикатора в месте забора крови начинает повышаться, достигая первого пика Сmax (время концентрации, ВК). Таким образом, время достижения первого пика (ВПП) равно ЛП + ВК. Затем концентрация индикатора экспоненциально снижается, но через некоторое время наступает его рециркуляция (повторное поступление из различных сосудистых областей), и на кривой появляются новые пики концентрации. Время между первым и вторым пиками называется временем рециркуляции (ВРц). Для определения сердечного выброса необходимо получить кривую без рециркуляции, т.е. экстраполировать ее нисходящую часть. Это довольно просто осуществить графически, изобразив нисходящую часть кривой в логарифмическом масштабе. При этом нисходящая часть превращается в прямую линию; продолжая ее до пересечения с горизонтальной осью, получают так называемую первичную кривую, т.е. кривую, которая была бы записана в отсутствие рециркуляции. Расстояние между первым пиком и точкой пересечения нисходящей части кривой с осью абсцисс соответствует времени разведения (ВРа). Сумма ВК и ВРа равна времени пассажа (ВП).
Среднее время циркуляции (СВЦ), т.е. среднее время, необходимое для переноса всех частичек индикатора от места введения до места забора пробы, определяют как усредненное по времени значение интегрированной площади поверхности под первичной кривой. Для вычисления средней концентрации (Сср) ту же величину усредняют по концентрации.
Вычисление объема крови Vc, в котором растворяется и переносится от места введения до места забора пробы известное количество индикатора (И), производится следующим образом:
(22)
Знаменателем этой дроби является интеграл, равный площади под кривой зависимости концентрации от времени, соответствующей площади под первичной кривой. На практике эту площадь определяют при помощи планиметра или путем сложения площадей маленьких прямоугольников с одинаковым основанием t. В последнем случае величина площади под кривой равна
(23)
При внутривенном введении индикатора и измерении его среднего содержания в артериальной крови «сердечный выброс (минутный объем) плазмы» (МОП на рис. 20.45, Б) можно вычислить следующим образом:
(24)
Отсюда, делая поправку на гематокрит, рассчитывают общий сердечный выброс. В качестве индикатора часто используют синьку Эванса, а также индоциановый зеленый, который уже после первого прохождения через печень удаляется из кровотока, благодаря чему исследование можно повторять через небольшие интервалы времени. При помощи ЭВМ можно рассчитывать сердечный выброс непосредственно по кривым разведения индикатора.
Одним из вариантов метода разведения является термодилюция. В этом случае индикатором служит небольшое количество плазмы или солевого раствора, охлажденного до комнатной температуры; «изменение концентрации» на месте измерения представляет, по существу, изменение температуры. Подобные исследования можно быстро повторять, так как рециркуляции при этом методе нет.
Измерение времени кровотока. Исходя из латентного периода (ЛП) и среднего времени циркуляции (СВЦ) по кривым разведения, можно достаточно точно определить время кровотока между двумя точками сосудистой системы. Использование внутрисосудистых катетеров позволяет измерять время частичного кругооборота почти в любых отделах кровеносного русла. Существуют следующие показатели времени кровотока для здоровых взрослых людей: ЛП рука-ухо 8-12 с, ЛП легкие-ухо 3-5 с, ЛП рука-легкие 5-7 с, СВЦ рука-ухо 14-26 с. Время полного кругооборота -это время, за которое индикатор возвращается к месту введения.
Время кровотока в участках магистральных сосудов позволяет судить о сердечном выбросе: чем больше линейная скорость кровотока, тем больше объемная скорость, и наоборот. В периферических же сосудах это взаимоотношение не столь определенно, так как просвет этих сосудов может очень широко варьировать.
В клинике для определения времени частичного кругооборота обычно вводят внутривенно вещества, обладающие запахом или вкусом. Так, время кровотока от вены руки до капилляров легких можно приближенно оценить путем введения эфира; при выдыхании этого вещества улавливается характерный запах. Точно так же измеряют время кровотока при введении в вену руки дехолина или сахарина: когда вещество достигает языка (через 10-15 с после введения), человек ощущает горький или сладкий вкус. Однако такие методы весьма сомнительны; так, время появления в выдыхаемом воздухе эфира зависит от дыхательного цикла, и в любом случае возможна ошибка, связанная с индивидуальными различиями в пороге субъективного ощущения индикатора.