laboratornye_raboty / №35 Изучение физических основ метода реоплетизмографии

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ им. Н.Н. БУРДЕНКО"

КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ ФИЗИКИ

Методические указания студентам по теме лабораторного занятия

ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ МЕТОДА РЕОПЛЕТИЗМОГРАФИИ

Воронеж 2009

РАЗДЕЛ: МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА.

ТЕМА: Изучение физических основ метода реоплетизмографии.

ЦЕЛЬ: Изучить физические основы реографии как метода исследования состояния биосистем.

ПРАКТИЧЕСКИЕ НАВЫКИ: Студенты должны усвоить принципы, лежащие в регистрации реограммы, уметь подготовить прибор к работе; зарегистрировать реограмму и провести ее качественный и количественный анализ, знать технику безопасности при работе с рео-

графом.

МОТИВАЦИЯ ТЕМЫ: Метод реоплетизмографии обеспечивает изучение гемодинамики любо-

го органа, участка тела и организма в целом. Он позволяет оценить:

а) сократительную способность миокарда;

б) состояние тонуса артериальных сосудов;

в) венозный отток;

г) микроциркуляцию;

д) ударный объем крови, минутный объем кровообращения;

е) скорость пульсовой волны.

Контроль кровоснабжения отдельных органов с помощью метода реоплетизмографии обеспечивает высокую точность диагностики и объективную оценку лечения.

I. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ ВО ВНЕУРОЧНОЕ ВРЕМЯ.

Задание 1.

Изучить теоретический материал занятия, используя рекомендуемую литературу и настоящую методическую разработку, по следующей логической структуре учебного материала:

1.Физические основы реоплетизмографии:

а) импеданс тканей организма:

–факторы, от которых зависит импеданс тканей;

–математическое выражение импеданса тканей;

–эквивалентная электрическая схема тканей организма;

–способы регистрации импеданса тканей;

б) сущность метода реоплетизмографии;

в) достоинства и недостатки метода;

г) формы импедансной реоплетизмограммы;

д) качественная оценка реоплетизмограммы (реограммы);

е) количественный анализ реограммы; 2. Приборы для реоплетизмографии:

2

а) биполярные;

б) тетраполярные;

в) фокусирующие.

3.Профильные вопросы.

а) Лечебный факультет:

– применение реографии для оценки состояния тонуса артериальных сосудов, сократи-

тельной способности миокарда и т.д. в возрастном аспекте.

б) Педиатрический факультет:

– особенности применения метода реоплетизмографии для определения параметров ге-

модинамики у детей;

– определение скорости пульсовой волны у детей разного возраста.

в) Стоматологический факультет:

– применение реографии в стоматологии для оценки функционального состояния сосу-

дов зубочелюстной системы (реодентография, реопарадонтография);

– особенности аппаратурного и электродного обеспечения исследования гемодинамики пульпы зуба и тканей пародонта.

Средства для самоподготовки студентов во внеурочное время

1. Учебная и методическая литература а) основная

– Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я.

Потапенко. – М.: Дрофа, 2007. – С. 275-278.

–Физика и биофизика / Под ред. В.Ф. Антонова. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. – 480 с.

–Лекционный материал по разделу "Электромагнитные колебания и волны".

б) дополнительная

– Прохончуков А.А. Функциональная диагностика в стоматологической практике / А.А.

Прохончуков и др. – М.: Медицина, 1980. – 126 с.

–Мажбич Б.И. Электроплетизмография легких / Б.И. Мажбич. – Новосибирск.: Наука, 1969. – 157 с.

–Яруллин Х.Х. Клиническая реография / Х.Х. Яруллин. – М.: 1967. – 280 с.

–Сидоренко Г.И. Реография – импедансная плетизмография / Г.И. Сидоренко и др. –

Минск.: Беларусь, 1978. – 143 с.

2. Консультации преподавателей (еженедельно по индивидуальному графику).

3

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ

Реоплетизмография (реография) – метод графической регистрации изменений импе-

данса тканей и органов, вызванных их кровенаполнением.

Исследованию подлежит как организм в целом (центральная реография тела – ИРГТ),

так и отдельные органы (печень, мозг, легкие, щитовидная железа, пищевод и т.д.).

При реоплетизмографии изучаются пассивные электрические свойства тканей организ-

ма: активное и емкостное сопротивления.

В момент систолы сердце выбрасывает в артериальное русло некоторый объем крови,

который, обладая более высокой электропроводностью, уменьшает сопротивление исследуемо-

го участка. Регистрируя изменение сопротивления, можно сделать определенные выводы о ве-

личине пульсового объема крови и скорости кровотока в сосудах. Поэтому анализ реограмм требует тщательной клинической интерпретации.

При реографическом исследовании через участок тела человека пропускают переменный ток высокой частоты и малой силы. Ток создается генератором, частота тока до 500 кГц, а сила тока – не более 10 мА. Такие токи безвредны для организма и не ощущаются исследуемым.

Электропроводность различных тканей неодинакова и зависит от особенностей строения данной ткани. Наибольшей электропроводностью обладают кровь, спинномозговая жидкость,

наименьшей – кожа, кости. Электропроводность тканей зависит от частоты измерительного то-

ка и может быть охарактеризована как сложное соединение активных и емкостных сопротивле-

ний.

На практике с достаточной степенью точности можно свести участок живой ткани меж-

ду электродами к последовательному соединению активного (R) и емкостного (С) компонен-

тов:

Омическое (активное) сопротивление живых тканей практически определяется кожной проводимостью, а емкостное обусловлено образованием в момент прохождения тока двойных электрических слоев на поверхностях раздела тканевых структур и клеточных мембран.

4

С увеличением частоты влияние изменения емкостного сопротивления на модуль ком-

плексного сопротивления уменьшается, поэтому на частотах выше 30 кГц обычно регистриру-

ют изменение активного сопротивления.

Кровь наиболее электропроводна по сравнению с мышечной, костной и жировой тканью.

Поэтому электропроводность участка тела, в основном, обусловлена электропроводностью жидких сред и, главным образом, кровью. Электропроводность ткани обусловлена пульсирую-

щим артериальным кровотоком и равномерным, почти не пульсирующим кровотоком в мелких сосудах. Кроме того, необходимо помнить, что в крупных сосудах, помимо пульсирующего во время систолы кровотока имеет место и непрерывный ток крови во время диастолы.

Применение переменного тока определенной частоты позволяет выделить из общего со-

противления переменный компонент омической составляющей, связанный с пульсовыми коле-

баниями кровенаполнения. Этот компонент составляет 0,5 – 1% от общего сопротивления.

Сущность метода реографии – выделение пульсового компонента омической состав-

ляющей импеданса, его усиление и графическая регистрация.

Метод импедансной реоплетизмографии отличается рядом достоинств:

1. Неинвазивный метод исследования, позволяет проводить длительные обследования боль-

ного без развития каких-либо осложнений.

2. Простота, безотказность в работе, высокая чувствительность и возможность регистриро-

вать быстротекущие процессы.

3. Практически полное сходство формы кривых электрического сопротивления органа и кри-

вых колебания объема этого органа или участка тела, зарегистрированных непосредствен-

но.

4. Возможность многократного повторения обследования при высокой воспроизводимости результатов.

Недостатками являются:

1.Трудности интерпретации количественной оценки реоплетизмограмм. В настоящее время широко внедряется компьютерная обработка реоплетизмограмм.

2.Сложность структуры биологических объектов, неоднородность электрических характери-

стик различных компонентов (кожа, сосуды, мышцы и т.д.) создает ряд своеобразных "ис-

кажений" реоплетизмограмм, которые требуют тщательного анализа.

3. Различие электродов, способов их наложения, конструктивные особенности приборов за-

трудняют сравнительный анализ реоплетизмограмм различных органов.

5

Формы импедансной реоплетизмограммы

На рис.1 приведена обычная форма реограммы (РГ) и ее первой производной (ДРГ). Кри-

вая РГ состоит из восходящей части А, вершины В и нисходящей части С, на которой располо-

жены инцизура Д и дикротическая волна Е.

При анализе реограмм учитывают их качественные характеристики и количественные показатели. При анализе формы кривой РГ изучают восходящую часть (крутизну нарастания),

вершину (заостренность), нисходящую часть (пологость), наличие инцизуры и дикротической волны.

Рис. 1. Временная проекция электрокардиограммы, реограммы и ее первой производной

6

На кривой РГ возможно появление дополнительных волн:

1. Пресистолическая волна, расположенная в начале восходящей части, (связана с сокраще-

нием предсердий).

2.Отраженная систолическая волна – между вершиной и инцизурой.

3.Венозная волна – в конце нисходящей части.

Наряду с основной кривой РГ возможна регистрация дыхательных волн (влияние воз-

действия легких на крупные сосуды грудной полости) и волн третьего порядка, являющихся следствием ритмической деятельности центральной нервной системы.

Качественная оценка реоплетизмограммы

Качественные характеристики реограммы основаны на описании формы кривой и изме-

рении ее амплитудных и временных отрезков.

При нормальном тоническом напряжении сосудистых стенок восходящая часть – крутая,

вершина острая, нисходящая – пологая, дикротическая волна расположена в середине нисходя-

щей части.

При качественном анализе форм РГ приняты следующие определения ее частей:

– восходящая часть (отражает артериальное кровенаполнение) – крутая, пологая, горбовид-

ная;

– вершина (соответствует моменту, когда приток крови равен оттоку, скорость кровенапол-

нения равна нулю) – острая, заостренная, плоская, ракообразная, раздвоенная;

–нисходящая часть (характеризует венозный отток) – крутая, пологая;

–дикротическая волна (соответствует диастолической волне) – отсутствует, сглажена, четко

выражена, расположена в середине, близка к вершине или основанию кривой.

Одновременная регистрация с РГ ее первой производной (ДРГ) позволяет выделить ряд

амплитудно-частотных характеристик.

1.Основная амплитуда (b) – определяется по высоте кривой в момент равенства нулю ее производной (отражает интенсивность артериального кровенаполнения).

2.Амплитуда быстрого кровенаполнения (a) – значение РГ в момент максимального значе-

ния ДРГ.

3. Время подъема восходящей части (α) – отрезок времени от начала РГ до момента времени,

соответствующего амплитуде

α1 + α2 = α,

где α1 – время быстрого кровенаполнения, отражает тонус крупных сосудов; α2 – время медленного кровенаполнения, отражает наполнение средних и мелких артерий органа и тканей.

4. Время нисходящей части (β) – отрезок времени от момента достижения вершины до окон-

7

чания кривой. В общем случае

Т = α + β,

где Т – период сердечного цикла.

5. Амплитуда низшей точки инцизуры (d) – определяется по значению РГ в момент времени,

когда ДРГ равна нулю на начальном участке нисходящей части кривой.

6. Ag – амплитуда дифференциальной реограммы, Ти – период изгнания крови из желудоч-

ков.

При анализе РГ используются индексы:

1. Реографический индекс (РИ) – отношение основной амплитуды РГ к амплитуде калибро-

вочного импульса (характеризует величину объемного кровотока исследуемой области в единицу времени):

РИ = (b / y) Rк,

где y – амплитуда калибровочного импульса (см); Rк – величина калибровочного импульса

(Ом).

2. Показатель тонуса сосудов (ПТС) – отношение времени подъема восходящей части к пе-

риоду сердечного цикла:

ПТС = (α / T) 100%.

3. Индекс эластичности (ИЭ) – отношение амплитуд быстрого и медленного кровенаполне-

ния:

ИЭ = (a / c) 100%.

4. Индекс периферического сопротивления (ИПС) - отношение амплитуд инцизуры и быст-

рого кровенаполнения:

ИПС=(d / a) 100%.

Количественная оценка реограммы

Основоположником реоплетизмографии В.А.Кедровым предложена следующая форму-

ла:

ΔV ΔR , V R

где V – объем участка тела человека; ΔV – его изменение; R – сопротивление участка тела элек-

трическому току; ΔR – его изменение.

Отсюда изменение объема

ΔV V ΔR R

8

М.И. Тищенко предложил зарегистрировать ИРГТ – интегральную реограмму тела, при этом электроды накладываются на попарно соединенные руки, ноги. Принимая тело за провод-

ник цилиндрической формы, можно записать: V = S L, где S – площадь поперечного сечения; L – длина (расстояние между электродами).

Поскольку сопротивление цилиндрического проводника: R ρ L , то S ρ L . В таком

Экспериментально получена зависимость:

ρL2

ΔV k R2 ΔR C/Д ,

где k – коэффициент, учитывающий отличие тела человека от цилиндра.

Переходя к росту человека, получим:

Простота метода наложения электродов и расчета ударного объема способствовала ши-

рокому распространению метода М.И. Тищенко для определения ИРГТ.

Для определения периферического кровообращения обычно используется формула:

ρL2

ΔV R2 ΔR C/Д,

где С/Д – коэффициент (для здоровых людей С/Д = 1,3); ρ = 150 Ом см – удельное сопротивле-

ние крови; L – расстояние между электродами; R – сопротивление исследуемого участка; ΔR –

амплитуда калибровочного сигнала; Rк – величина калибровочного сигнала).

Размерность формулы:

9

V(см3) ρ(ОмRсм2(Ом) L22)(см2) ΔR(Ом)

Приборы для реоплетизмографии

По типу применяемых электродов различают реографы:

а) биполярные;

б) тетраполярные;

в) фокусирующие.

В биполярных реографах используются два электрода, накладываемые на исследуемый участок ткани. Оба электрода одновременно служат и для создания электрического переменно-

го поля в тканях и для измерения импеданса тканей. При этом переходное сопротивление элек-

трод-кожа входит в измерительную схему реографа.

Тетраполярный реограф свободен от этого недостатка. В тетраполярных реографах ис-

пользуют одновременно 4 электрода, 2 из которых являются токовыми и 2 – измерительными.

Фокусирующий реограф имеет два типа электродов круглой формы, вставленных один в другой. Измерительные электроды – внутренние, токовые – наружные, называемые фокуси-

рующими. Сопротивление ткани измеряется только между измерительными электродами.

II. РАБОТА СТУДЕНТОВ ВО ВРЕМЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ.

Задание 2.

Получить допуск к занятию. Для этого необходимо:

– иметь конспект в рабочей тетради, содержащий название работы, основные теоретические понятия изучаемой темы, задачи эксперимента, таблицу по образцу для внесения экспери-

ментальных результатов;

–успешно пройти контроль по методике проведения эксперимента;

–получить у преподавателя разрешение выполнять экспериментальную часть работы.

Задание 3.

Выполнение лабораторной работы, обсуждение полученных результатов, оформление конспек-

та.

Приборы и принадлежности

1.Приборы РГ4-01 , РПГ2-02 или Р4-02.

2.Регистратор.

3.Усилитель к реографу.

10