7

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА rg1_w.doc

Работа с реографом РГ4-01

Цель работы: изучить физические основы реографии, приобрести навык работы с клиническим реографом, исследовать связь между изменениями объема и сопротивления эластичного сосуда.

Вопросы к лабораторной работе

1. Переменный ток. Импеданс электрических цепей. Понятие о векторной диаграмме.

2. Электрические свойства биологических тканей. Эквивалентная электрическая схема. Импеданс биологической ткани.

3. Элементы реологии: объемная деформация, закон Гука, объемная скорость течения жидкости, уравнение Гагена-Пуазейля, уравнение неразрывности потока жидкости, пульсовые волны, особенности пульсаций в артериальных и венозных сосудах.

4. Генезис реограммы: связь деформации и изменения импеданса, объяснение природы реограммы (амплитуды и формы сигнала) с помощью основных уравнений реологии.

Литература

1. Ливенцев Н.М. Курс физики, 1974 г., параграфы 20, 21, 76.

2. Ливенцев Н.М. Курс физики, 1974 г., ч.2, параграф 144, ч.1, параграфы 9, 10.

3. Ремизов А.Н. Курс физики, электроники, кибернетики для медицинских институтов,1982 г., гл.8 (параграф 8), гл.18 (параграф 2), гл. 22 (параграф 7).

4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, 1987 г., гл.11 (параграфы 1, 2), гл. 18 (параграф 4).

Дополнительные теоретические сведения

Реография - ("рео" - реология, "граф" - пишу) - метод регистрации деформаций участка тела (изменения объема) по изменению его электрических параметров (сопротивления). Рабочая частота, на которой осуществляется измерение сопротивления реографом, и, следовательно, частота высокочастотного тока, пропускаемого через ткани, выбирается в диапазоне частот 30-200 кГц. К определенному участку тела (конечности, голова и пр.) прикладываются электроды (пластинчатые, точечные, ленточные и т.д.) между которыми пропускается высокочастотный (от 30 до 150 кГц) электрический ток. Плотность этого тока наиболее велика в участках с большой электропроводимостью. Это, в основном, кровеносные сосуды и межклеточная жидкость. Изменение сопротивления участка, следовательно, будет зависеть от кровенаполнения и синхронно меняться с деятельностью сердца.

Основные положения реографии можно упрощенно представить следующим образом.

1. Изменение объема участка DV пропорционально изменению его электрического сопротивления DR: DV ~ DR .

2. Изменение кровенаполнения органа (или участка) можно найти из уравнения неразрывности потока для нестационарного потока жидкости, учитывая объемную скорость притока Q_in(t), и оттока Q_out(t), жидкости к рассматриваемому участку

DV = ò[ Q_in(t) - Q_out(t) ] dt.

Качественно эти изменения можно представить следующим образом (рис.1). Пусть в рассматриваемом участке по артериальным сосудам кровь движется с объемной скоростью Q_а(t), а по венозным сосудам - c Q_в(t), причем за цикл сокращения сердца количество крови, поступившей в участок и оттекающей от него равны. Учитывая пульсирующий характер Q_а(t), и сравнительно плавный для Q_в(t) кровотока можно объяснить реографическую кривую следующим образом. Из рисунка видно, что изменение объема участка происходит из-за различия объемных скоростей кровотока Q_а(t) и Q_в(t): DQ(t) = Q_а(t) - Q_в(t).

Рис. 1. Изменение кровотоков, объема участка и кривая реограммы

.

Для промежутка времени [t₁, t₂,] кровоток Q_а(t) > Q_в(t) - следовательно, объем участка на этих отрезках времени будет возрастать, и наоборот, в промежутке [t₂, t₃] - объем участка уменьшается, о чем и свидетельствует уменьшение амплитуды реограммы (см. изменение V(t) )

Вторая кривая представляет собой дифференциальную реограмму, отражающую скорость изменения объема участка :

dV(t)/dt ~ dR(t)/dt.

3. Величина объемной скорости течения жидкости определяется уравнением Гагена-Пуазейля

Q(t) = DP(t)/X(r,h),

где DP(t) - изменение давления, X(r,h) - гидравлическое сопротивление, зависящее от радиуса сосуда r и вязкости жидкости h.

4. Изменение давления DP(t) можно оценить из уравнения объемной деформации участка:

DP(t) = c×DV(t)/V_o ,

где c -модуль объемной упругости.

Как следует из этих уравнений, изменение величины DV(t) будет зависеть не только от формы изменения во времени Q_in(t) и Q_out(t) (что наблюдается при изменении минутного объема крови (МОК) или ударного объема сердца), но и при изменении тонуса сосудов ( модуль c ) и их просвета ( радиус r ), находящихся под контролем нервной и гуморальной систем организма. Из этого следует, что одному и тому же значению кровотока Q ( или МОК ) может соответствовать различные значения амплитуды реограммы, т. е. однозначной связи между DR/Dt и кровотоком Q установить нельзя.

В ряде клинических методик по найденному изменению сопротивления DR(t) судят о величине изменения объема DV. Существует несколько методик косвенной оценки значений Q по сопротивлению DR.

Широко распространена в клинике методика А.А.Кедрова, основанная на равенстве отношений DV/V = DR/R, где R - сопротивление участка, V - его объем.

Отождествляя величину изменения объема DV с ударным объемом сердца УО, величину V - с объемом тела V_т, пропорциональным весу тела P = k×V_т, и, зная значение P и DR, определяют величину ударного объема сердца (УО) по следующей формуле:

УО = k×P×(DR/R),

где k - некоторый постоянный коэффициент, определяемый эмпирически.

Принцип измерения сопротивления участка тканей. Измерение сопротивления участка тела, в сосудах которого меняется объем крови, производят специальным измерителем реографа, включающим в себя измерительный мост (рис. 2), в одно из плеч которого включено измеряемое сопротивление R_х, в другое - сопротивления настройки - R₁ и R₂. Генератор высокой частоты (ГВЧ) служит для питания моста.

Рис. 2. Упрощенная схема реографа.

Усилитель (Ус) повышает уровень выходного сигнала с моста, демодулятор (Дм) выделяет низкочастотный сигнал изменения сопротивления. Кроме этого, реограф включает различные устройства настройки, калибровки и питания измерительной схемы.

На выходе прибора обычно получают низкочастотный сигнал, характеризующий изменение сопротивления участка тканей, меняющегося синхронно с изменением кровенаполнения (т.е. сигнал реограммы), или ее дифференциальную форму (производную от реограммы), отражающую скорость изменения кровенаполнения участка тканей.

Изменением величин сопротивлений R₁ и R₂ достигается равновесие моста, т.е. равенство потенциалов U_а = U_b. В этом случае отклонение стрелки индикатора минимальное, а чувствительность прибора - максимальная.

Настройка моста по реактивной составляющей тока (высокочастотные токи через распределенные емкости С) производится изменением величины индуктивного сопротивления X_п, включенного в одно из плеч моста.