Лазерная допплеровская флоуметрия в комбустиологии. Пособие для врачей

процесса в динамике, определить готовность гранулирующих ран к выполнению свободной аутодермопластики, оценить жизнеспособность состояния лоскутов при кожной пластике в ротационном или свободном вариантах, определить тактику и оптимизировать схемы лечения пациентов с ожоговой травмой, с помощью ЛДФ возможно прогнозировать развитие патологических видов рубцов.

2.2. Материально-техническое обеспечение

Практическую реализацию метода лазерной допплеровской флоуметрии с функцией оптической тканевой оксиметрии производят с помощью лазерного анализатора капиллярного кровообращения «ЛАКК-М» (исполнение 2) производства ООО НПП «Лазма», г. Москва, обеспечивающего одновременные измерения перфузии ткани кровью, сатурации гемоглобина кислородом (SO2) и объема фракции гемоглобина (Vr) в зондируемой области исследования (рис.1).

2.3.Принципы метода лазерной допплеровской флоуметрии

Входе измерений с использованием лазерной допплеровской флоуметрии используется принцип зондирования ткани лазерным излучением.

Обработка отраженного от ткани излучения основана на выделении из зарегистрированного сигнала допплеровского сдвига частоты отраженного сигнала, пропорционального скорости движения эритроцитов; в ходе проводимых исследований обеспечивается регистрация изменения потока крови в микроциркуляторном русле – флоуметрия.

Существуют оптимальные соотношения между длиной волны зондирующего излучения и размером частицы, от которой возможно получить детектируемый сигнал – при уменьшении длины волны зондирующего излучения уменьшается размер детектируемой частицы. В отличие от ультразвуковых методов диагностики, основанных на эффекте Допплера, при применении более коротковолнового зондирующего лазерного излучения, фиксируется отраженный сигнал наибольшей амплитуды от отдельных эритроцитов из более тонкого слоя, около 1 мм. Этот слой зондирования может содержать в зависимости от типа ткани следующие звенья микроциркуляторного русла: артериолы, терминальные артериолы, капилляры, посткапиллярные венулы, венулы и артериоловенулярные анастомозы.

При взаимодействии лазерного излучения с тканью отраженный сигнал имеет две составляющие: постоянную и переменную. Постоянный сигнал обусловлен отражением от неподвижных структур зондируемой ткани имеет ту же частоту, что и зондирующее излучение. Переменный сигнал связан с движущимися частицами – эритроцитами. Частота рассеянного излучения

отличается от частоты падающего излучения в соответствии с

11

допплеровским эффектом. Допплеровский сдвиг частоты связан со скоростью эритроцитов выражением: f = 2nV/λ (где: f – допплеровский сдвиг частоты, n– показатель преломления излучения в ткани, V – скорость эритроцитов, λ – длина волны зондирующего излучения).

Доставка лазерного излучения к ткани и прием отраженного сигнала в приборах, реализующих метод ЛДФ, осуществляются, как правило, с помощью зонда, состоящего из трех световодных волокон. Одно световодное волокно используется для передачи зондирующего излучения, а два других – являются приемными, по которым отраженное излучение доставляется к прибору для фотометрирования и дальнейшей обработки (рис.2).

Амплитуда отраженного сигнала формируется в результате отражения излучения от потока эритроцитов, движущихся с разными скоростями и поразному количественно распределенных в артериолах, капиллярах, венулах и артериоло-венулярных анастомозах. Поэтому в методе ЛДФ применяется алгоритм усреднения, который позволяет получить средний допплеровский сдвиг частоты по всей совокупности эритроцитов, попадающих в зондируемую область. В результате такого усреднения методом ЛДФ оценивается изменение потока эритроцитов. Для этого проводят обработку отраженного сигнала электронным путем, осуществляя усреднение по скоростям (допплеровским сдвигам частоты). Очевидно, что мощность отраженного излучения складывается из отдельных актов отражения излучения на каждом эритроците и, следовательно, зависит от их концентрации. На выходе прибора формируется результат флоуметрии - сигнал, амплитуда которого пропорциональна скорости и количеству эритроцитов.

Результат флоуметрии может быть представлен выражением:

ПМ = K Nэр Vср, где:

ПМ – показатель микроциркуляции (амплитуда сигнала в вольтах), K – коэффициент пропорциональности (К = 1),

Nэр – количество эритроцитов,

Vср – средняя скорость эритроцитов в зондируемом объеме.

Таким образом, в неинвазивном методе ЛДФ результирующий параметр определяет динамическую характеристику микроциркуляции крови

– изменение потока крови (перфузии ткани кровью) в единицу времени в зондируемом объеме.

В 1992 году European Laser Doppler User Group (ELDUG) было рекомендовано применять единый термин «Laser Doppler Perfusion» (перфузия) при исследованиях для описания выходного сигнала, определяемый как произведение линейной скорости эритроцитов на их концентрацию. Амплитуда сигнала, пропорциональная указанному произведению, измеряется в относительных или перфузионных единицах (ПЕ). Это связано с принципиальными трудностями при калибровке метода ЛДФ in vivo. Поток крови, определяемый вышеуказанным выражением, не может быть выражен в абсолютных единицах, так как при окклюзии

12

регистрируется броуновское движение остаточной крови, так называемый «биологический ноль», который учесть при калибровке не представляется возможным.

2.4. Показания к применению метода в комбустиологии

1.Определение глубины ожогов кожи.

2.Контроль эффективности проводимой терапии, направленной на улучшение параметров микроциркуляции зоны сосудистых нарушений массива тканей, подвергшихся воздействию термического фактора.

3.Объективная оценка степени готовности гранулирующих ран к восприятию трансплантационного материала.

4.Определение жизнеспособности состояния лоскутов в ротационном или свободном вариантах кожной пластики.

5.Определение риска развития патологической рубцовой ткани в период реконвалесценции.

2.5.Противопоказания к его применению

Всвязи с неинвазивностью метода и технической простотой о реализации абсолютных противопоказаний для его применения нет. Однако, использование метода ограничено в отношении пациентов с характерологическими особенностями и низким уровнем комплаентности изза невозможности соблюдения ряда условий, обеспечивающих минимизацию погрешности измерений.

РАЗДЕЛ III. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЛАЗЕРНОЙ ДОППЛЕРОВСКОЙ ФЛОУМЕТРИИ В КОМБУСТИОЛОГИИ

3.1.Определение глубины ожогов

Всвязи с технической простотой и высокой воспроизводимостью результатов в настоящее время из инструментальных методик при возникновении затруднений в диагностике глубины поражения использование методики ЛДФ наиболее целесообразно.

Метод ЛДФ не имеет ограничений на выбор тестируемой области, так как световодный зонд может быть установлен практически на любой участок поверхности кожи в зависимости от задач исследования перфузии. Однако, особенности анализируемого объекта исследований микроциркуляторного русла, пространственная неоднородность распределения кровеносных микрососудов и временная вариабельность перфузии обусловливают необходимость соблюдения ряда стандартных условий проведения исследований, описанных Крупаткиным А.И. с соавторами. Исследование проводится в помещении с температурой 21-24 градуса в горизонтальном положении после 15-минутного режима покоя. Тестируемая область в течение этого времени открыта. Перед исследованием обследованные не

13

принимают пищу и напитки, влияющие на микроциркуляцию, не курят. Изучение производится после хирургической обработки сегмента,

подвергшегося воздействию термического фактора, в ходе которой производится удаление раневого экссудата, погибшего эпидермиса.

В результате измерения регистрируется параметр М – величина среднего потока крови или среднеарифметическое значение показателя микроциркуляции, характеризующий уровень перфузии тканей.

При оценке показателей перфузии необходимо проводить сравнительный анализ с неповрежденным симметричным участком. Необходимо определять отношение показателей ПМ гранулирующей раны к здоровому симметричному участку. При значении относительного показателя, близком к 1,0 можно прогнозировать поверхностный ожог.

При невозможности измерения неповрежденного симметричного участка из-за массивного поражения или позиционирования возникает целесообразность ориентироваться на среднее значение ПМ, что требует определения целевого показателя с помощью РОК - анализа. Оптимальным порогом перфузии является точка 1,0 ПЕ. Эта та величина, ниже которой можно диагностировать наличие глубокого ожога (рис. 3а), при М > 1,5ПЕ – ожог поверхностный (рис. 3б), при перфузии 1ПЕ ≤ М ≤1,5ПЕ – мозаичное повреждение кожи (рис. 3в).

Интегральный анализ данных анамнеза, результатов физикального обследования и значений, полученных с использованием метода ЛДФ, позволяет в ранние сроки после травмы с высокой степенью достоверности определить глубину поражения при пограничных ожогах и, соответственно, определить оптимальный план ведения пациента.

3.2.Контроль эффективности местного лечения ран

спомощью метода лазерной допплеровской флоуметрии

Глубина прогревания и объем формирующегося некроза тканей при ожоговой травме в значительной мере зависят от их кровоснабжения. В зависимости от степени нарушения микроциркуляции, различают три концентрические зоны поражения при ожогах:

1)зона некроза;

2)зона паранекроза или зона сосудистых нарушений;

3)эритемная периферическая зона или зона гиперемии.

Важное отличие ожоговых ран – динамичность их формирования, что может проявляться развитием феномена вторичного углубления– формирования зон вторичного некроза (Клячкин Л.М. с соавторами, 1969), в основе которого – прогрессирующее расстройство кровообращения, возникающее вследствие гипоксии (аноксии) тканей, что обусловливает ишемическую дегенерацию первично жизнеспособных тканей.

При ожогах в состав зоны первичного некроза, в зависимости от глубины ожога, входит больший или меньший объем тканей, погибших в момент воздействия высокотемпературного агента. К зоне паранекроза (зона

14

сосудистых нарушений) относят парциально альтерированные, но еще сохранившие жизнеспособность ткани. В ней имеют место выраженные нарушения крово- и лимфообращения, биохимические изменения, которые развиваются практически сразу после ожога.

Комплексное влияние возникших в результате ожогового воздействия факторов, вероятно, влияет на развитие некроза, что, в свою очередь, формирует необходимость поиска вариантов воздействия на процесс, имея ввиду, прежде всего, пути повышения эффективности инфузионной терапии у пострадавших. Восстановление параметров микроциркуляции в зоне паранекроза в кратчайшие сроки закономерно предотвращает вторичное углубление ожога.

С целью улучшение микроциркуляции в остром периоде ожоговой болезни пострадавшим назначаются кристаллоидные растворы, антикоагулянты, антиагреганты, антигипоксанты, вазодилатирующие средства. Важным представляется динамический контроль эффективности проводимой терапии в аспекте возможности своевременной коррекции схем лечения для достижения оптимального конечного результата.

Метод ЛДФ позволяет неинвазивно оценивать параметры микроциркуляции зоны поражения.

Целесообразно регистрировать показатели по следующей схеме:

1)до начала патогенетически обоснованной терапии;

2)через 4 часа;

3)далее каждые 24 часа в течение 3-х суток.

Методика: исследование проводится в помещении с температурой 2124 градуса в горизонтальном положении после 15-минутного режима покоя. Тестируемая область в течение этого времени открыта. Выбор точки фиксации датчика определяется характером ожоговой травмы. В большинстве случаев оптимальной считается зона поражения II степени, где параметры микроциркуляции максимально отражают динамику показателей зоны паранекроза. Чрезвычайно важно с целью повышения воспроизводимости результатов располагать датчик лазерного анализатора в одной точке в процессе всех измерений. Для снижения вероятности ошибки целесообразно производить фоторегистрацию положения в ходе первого исследования для каждого пациента. Продолжительность записи ЛДФграммы должна составлять не менее 3 минут с целью минимизации вероятности влияния на результат артефактов, связанных с дыханием и непроизвольными движениями пациента.

На этапе исследования базального кровотока фиксируется параметр М

– величина среднего потока крови или среднеарифметическое значение показателя микроциркуляции, характеризующий уровень перфузии тканей, параметр σ – среднее колебание перфузии относительно среднего значения потока крови М, отражающий среднюю модуляцию кровотока во всех частотных диапазонах. В анализе расчетных параметров ориентируются на соотношение величин М и σ – коэффициент вариации (Kv), определяемый по

15

формуле: Kv=σ/М Х 100%

Увеличение величины Kv отражает изолированно улучшение состояния микроциркуляции, так как нивелируется влияние сердечного и дыхательного ритмов.

В связи с тем, что регистрация ЛДФ-граммы осуществляется на участках с исходно различным уровнем перфузии, анализ абсолютных значений затруднен. Для сравнения эффективности проводимой терапии в контрольной и основной группах используется следующий алгоритм:

1 этап – сравнение полученных расчетных величин среднеарифметического, среднеквадратического, коэффициента вариации с принимаемыми за норму данными, полученными при регистрации ЛДФ на симметричных интактных участках тела пациентов (в случае двустороннего поражения – с данными по выборке здоровых людей, расчет процентного отношения);

2 этап – оценка динамики показателей относительно нормы.

Для пациентов с дермальными ожогами характерно существенное снижении перфузии зон поражения на начальном этапе наблюдения.

На фоне проводимой терапии ожидается улучшение показателей микроциркуляции, при этом об адекватности и достаточности проводимого лечения свидетельствует положительная динамика, регистрирующаяся уже через 4 часа после начала лечебных мероприятий, со снижающимся на последующих этапах отклонением показателей от нормы.

Более детальный анализ состояния микроциркуляторного русла проводится при исследовании структуры ритмов колебаний перфузии крови с помощью программного приложения лазерного анализатора. В процессе появляется возможность неинвазивно оценивать соотношение шунтового и нутритивного кровотока. Преобладание сброса крови по артериоловенулярным шунтам над нутритивным (капиллярным) компонентом, характерное для острого периода ожоговой травмы, свидетельствует об ишемии и метаболическом дефиците в зоне паранекроза.

Полноценная инфузионная терапия, эффективность которой позволяет контролировать серия ЛДФ-грамм, позволяет добиться минимизации периода обкрадывания нутритивного отдела микроциркуляторного русла в зоне поражения вследствие шунтирования кровотока, и соответственно, снижения вероятности прогрессирования некроза.

Методика оценки: после регистрации основных показателей с помощью программного приложения производится расчет уровня нутритивного кровотока, оценивается его дефицит. После начала инфузионной терапии осуществляется повторный анализ через 2 часа и далее каждые 4 часа. Основным индикатором эффективности проводимого лечения является динамика уровня дефицита капиллярного компонента кровообращения. Отсутствие снижения либо незначительно выраженное сокращения показателя (менее 5% в час) свидетельствует о необходимости незамедлительной коррекции проводимой терапии.

16

3.3. Определение жизнеспособности лоскутов при кожной пластике

Одним из вариантов хирургических вмешательств, имеющих целью восстановление утраченного кожного покрова, остается несвободная кожная пластика. Результаты хирургического лечения определяют исход заболевания, влияют на формирование патологических рубцов, качество жизни, социальную значимость реконвалесцента.

Исследование методом ЛДФ проводят во время операции после перемещения и фиксации сформированного лоскута к краям подлежащей раны. Зонд анализатора устанавливается перпендикулярно ткани исследуемой области лоскута на сосудистой ножке. Для контроля и сравнения необходимо измерять показатели на прилежащих интактных участках кожи или на симмметричном непораженном участке. В момент проведения процедуры осуществляется мониторинг артериального давления и ЭКГ. Продолжительность записи составляет 2 минуты. Обработка зарегистрированных данных проводится с помощью программного обеспечения. Контрольные измерения лоскута и сравнение с интактными участками рекомендовано проводить несколько раз в сутки (рис. 4а). При снижении перфузии ниже показателей интактных участков показана иммобилизация и фиксация лоскута с целью устранения перегибов сосудов в сосудистой ножке (рис. 4б). После этого рекомендовано повторение исследования и оценка полноты восстановления кровотока.

Метод ЛДФ позволяет своевременно определить микроциркуляторные нарушения, снижение перфузии, тем самым предотвратить начинающиеся признаки ишемии, клинически не распознаваемые.

3.4. Оценка показателей микроциркуляции в гранулирующих ранах для определения их готовности к свободной аутодермопластике

Одним из вариантов хирургических вмешательств, имеющих целью восстановление утраченного кожного покрова вследствие воздействия термического фактора, остается САДП гранулирующих ран. Результаты хирургического лечения определяют исход заболевания, влияют на формирование патологических рубцов, качество жизни, социальную значимость реконвалесцента. Объективная оценка готовности ран к восприятию аутоматериала – важный компонент лечебно-диагностического процесса.

Исследования методом ЛДФ проводят во время операции перед тангенциальным иссечением гранулирующих ран и непосредственно перед пересадкой кожного трансплантата, при температуре 21-24°С. Зонд анализатора устанавливается перпендикулярно грануляционной ткани исследуемой области и коже симметричного непораженного участка (рис. 5). В момент проведения процедуры осуществляется мониторинг артериального давления и ЭКГ. Продолжительность записи составляет 3 минуты. Обработка

17

зарегистрированных данных проводится с помощью программного обеспечения. При исследовании микроциркуляции гранулирующей раны оценивают следующие показатели:

-показатель микроциркуляции (ПМ), или параметр М, отражающий средний уровень перфузии (средний поток эритроцитов) в единице объема ткани за единицу времени. Измеряется в перфузионных единицах (ПЕ);

-среднеквадратичное отклонение амплитуды колебаний кровотока (δ) от величины ПМ, отображающее усредненную временную колеблемость микроциркуляторного потока или флакса («flux»). Измеряется в перфузионных единицах;

-коэффициент вариации, характеризующий вклад вазомоторного компонента в общую модуляцию тканевого кровотока, который рассчитывается как отношение между изменчивостью перфузии (флаксом) и средней перфузией (ПМ) Кv = δ/М×100%.

Эти параметры позволяют дать интегральную оценку состояния микроциркуляции исследуемого участка ткани.

Каждому пациенту выполняется три исследования: перед тангенциальным иссечением гранулирующей раны, перед пересадкой кожного трансплантата и при возможности, измерение на неповрежденном симметричном участке кожи.

Полученные результаты демонстрируют значимые различия показателя микроциркуляции и среднеквадратичного отклонения у пострадавших различных групп непосредственно перед выполнением свободной аутодермопластики, это подтверждает информативность изучаемых параметров для прогнозирования исходов операции по восстановлению кожного покрова. Примеры результатов ЛДФ-граммы, полученной перед свободной аутодермопластикой, и исходов операции представлены на рисунках 6,7.

Поскольку диапазон нормальных значений М и δ достаточно широк и зависит от многих факторов (возраста, пола, анатомической области) в дальнейшем определяют отношение показателей М и δ гранулирующей раны

кздоровому участку в обеих группах (рис. 8).

Полученные результаты исследования показывают, что при отношении показателей близком к 1,0 можно прогнозировать хорошие результаты приживления аутотрансплантатов. При невозможности измерения неповрежденного симметричного участка из-за массивного поражения или позиционирования определено среднее число ПМ, получаемое с помощью ЛДФ, относительно которого возможно прогнозировать результаты приживления.

Допустимым порогом показателя микроциркуляции М, обеспечивающим максимум чувствительности и специфичности теста (или минимум ошибок I и II рода), является точка 10.13 ПЕ. Это та величина, выше которой можно прогнозировать лизис трансплантатов, ниже этого уровня – приживление.

18

В момент проведения процедуры осуществлялся мониторинг артериального давления и ЭКГ-мониторинг. Продолжительность записи составляет 2 минуты. Для сравнения необходимо использовать среднее из полученных значений. Результат перфузии выражается в перфузионных единицах (ПЕ). После этого полученные значения сравниваем с данными интактного симметричного участка кожи. При повреждении или отсутствии симметричного неповрежденного участка пользоваться необходимо полученными цельными значениями.

При исследовании микроциркуляции раны достаточно оценить показатель микроциркуляции (ПМ), отражающий средний уровень перфузии в единице объема ткани за единицу времени.

Через 3, 6, 12 месяцев после ожоговой травмы необходимо выполнять контрольные осмотры пациентов по данной методике с целью коррекции и оценки развития патологического рубца.

Для прогнозирования и определения склонности к развитию патологических рубцов определяется показатель перфузии (М) нескольких зон ожоговых дефектов и симметричного неповрежденного участка (N) на этапе лечения ожоговых ран. При значении перфузии зоны ожоговых дефектов менее N прогнозируют высокую вероятность развития патологических рубцов из тканей дермального происхождения. При значении перфузии зоны ожоговых дефектов более N+5 прогнозируют высокую вероятность развития патологических рубцовых тканей, возникших из грануляционной ткани. При значении перфузии зоны ожоговых дефектов между этими двумя показателями прогнозируют минимальную вероятность развития патологической рубцовой ткани.

При невозможности измерения неповрежденного симметричного участка из-за массивного поражения или позиционирования целесообразно ориентироваться на среднее значение М. Оптимальным порогом показателя микроциркуляции М является точка 10 ПЕ. Это та величина, выше которой можно прогнозировать развитие патологической рубцовой ткани, возникшей из грануляционной ткани, при значении перфузии М не более 4 прогнозируют высокую вероятность развития патологической рубцовой ткани дермального происхождения. При значении перфузии каждой зоны ожоговых дефектов между этими двумя показателями (4≤М≤10) прогнозируют минимальную вероятность развития патологической рубцовой ткани.

Полученные результаты исследования продемонстрировали информативность методики лазерной доплеровской флоуметрии (ЛДФ) (рис. 9) (Патент № 2691077 от 13.07.2018).

Результаты ЛДФ на этапе лечения ожоговых ран позволяют определить степень риска развития патологической рубцовой ткани и прогнозировать происхождение её без инвазивных способов по предлагаемому алгоритму (рис. 10).

20