Реография как неинвазивный метод исследования заболеваний сердечно-сосудистой системы человека

В данной статье определяются функциональные возможности реоплетизмографического метода исследования структуры тела человека, в частности сердечно-сосудистой системы и лёгких. Рассматриваются проблемные аспекты данного метода.

Ключевые слова: реоплетизмография, метод, сердечно-сосудистая система, электропроводность биологических тканей, инвазивные и неивазивные методы, комплексное сопротивление кожи.

Keywords: rheoplethysmography, method, the cardiovascular system, electrical conductivity of biological tissues, invasive and non-invasive methode, complex skin resistance.

Смертность от заболеваний сердечно-сосудистой системы (ССС) в России и мире в целом составляет примерно около 45 % от числа всех смертей (данные исследований за 2015 год в 53 Европейских странах).

Неинвазивные методы диагностики состояния сосудов, т. е. методы безхирургического вмешательства при обследовании, которые сейчас в большинстве используются в медицине, не обладают необходимой чувствительностью к ранним проявлениям патологических процессов и носят в основном вспомогательный характер. Применение инвазивных методов (связанные с хирургических вмешательством), для ранней диагностики заболеваний ССС, не всегда бывает оправдано на ранних стадиях данных заболеваний [1].

Исходя из этого, возникла острая необходимость повышения чувствительности неинвазивных методов определения заболеваний ССС и других, так как это ускорит точность и быстродействия диагностики.

Одним из приоритетных методов неинвазивного обследования сосудов и кровотока в целом, хотя и мало применяемым в настоящее время, является реография. В литературе встречается несколько наименований этого метода: реография, реоплетизмография (РПГ), электроплетизмография, электроимпедансная плетизмография, а также, применительно к конкретным органам, — реогепатография, реоэнцефалография. РПГ — метод исследования, в основе которого лежит регистрация колебаний электрического сопротивления (импеданса) тела, либо его участков или отдельных органов [2].

Тело человека состоит из различных тканей, каждая из которых обладает своим сопротивлением. Так, сухожилия, кожа, жировая ткань, хрящи и кости имеют высокое значение удельного электрического сопротивления. Кровь, мышцы, лимфа, головной и спинной мозг — низкое. Различия электропроводности тканей организма обусловлены разным содержанием в них жидкости и электролитов. Значения удельного сопротивления тканей и веществ человека сведены в таблицу 1 [4].

Таблица 1

Удельное сопротивление тканей и веществ человека

Рис. 1. Схема электрического подключения электродов реоплетизмографа и его эквивалентная схема замещения:

1 — электроды; 2 — наружный слой кожи — эпидермис (роговой и ростковый слои); 3 — внутренние ткани тела (включая внутренний слой кожи — дерму); Z _э - комплексное сопротивление кожи, R _BH — активное сопротивление внутренних тканей

Полное сопротивление биообъекта приближенно может быть представлено эквивалентной схемой, включающей параллельно соединенные ёмкость и резистор, которые являются нелинейными элементами по отношению к частоте тока. Данная схема представлена на рисунке 2 [3].

Рис. 2. Эквивалентная схема электрического сопротивления биологической ткани человека

На основании этой схемы выражение для определения полного сопротивления тела человека в комплексной форме Z _h , Ом, имеет вид:

На низких частотах электрический ток распространяется, главным образом, по жидким средам организма (кровь, лимфа, тканевая жидкость) за счет ионной проводимости. С возрастанием частоты уменьшается емкостное сопротивление и одновременно снижается эффект поляризации на границе электрод — ткань. Считается, что оптимальной частотой, на которой наблюдается наиболее существенная разница между проводимостью жидких сред организма и тканями органов, является частота 1 кГц. При использовании частот, превышающих 200 кГц, эта разница становится минимальной, так как в данном случае преобладает емкостная проводимость.

При РПГ исследовании органов грудной полости обычно используют диапазон частот от 10 до 200 кГц при токе через объект не превышающем 5 мА. По мере уменьшения тока сужается полоса частот, в которых изменения импеданса в зависимости от частоты носят нелинейный характер (5–30 кГц при 50 мкА и 5–150 кГц при токе 0,5–3 мА). Изменения импеданса от силы тока наиболее выражены в области 50–100 мкА. Следует отметить, что отсутствие стандартных частот, токов, площадей электродов существенно затрудняет получение электрических характеристик биологических тканей и объектов в целом, поскольку возникает сложность в сопоставлении данных, полученных разными исследователями [6].

О распределении плотности переменного тока в груди при её исследовании реоплетизмографическим методом в литературе нет единства мнений. Существует представление, что переменный ток распространяется в груди преимущественно по кратчайшему расстоянию между электродами, при этом достаточно узким пучком. В то же время считается, что при наложении электродов на грудную клетку, зондирующий ток преимущественно проходит в грудной стенке, мало проникая во внутренние органы грудной полости [5]. Такое распределение показано на рисунке 3.

Рис. 3. Распределение зондирующего электрического тока в тканях грудной клетки

Существует зависимость электропроводности крови от скорости её движения. Многие исследователи обнаружили, что пульсовые изменения скорости кровотока могут регистрироваться в виде пульсовых колебаний электросопротивления. Исследования показали, что с увеличением скорости движения крови ее электропроводность может возрастать на 5–15 %. Наиболее резкие колебания электропроводности наблюдались при изменении скорости движения крови от нуля до 15 см/сек. При дальнейшем увеличении скорости рост электропроводности исчезал. Большинство исследователей связывают это явление с агрегацией форменных элементов крови, главным образом эритроцитов и их ориентацией по оси потока в зависимости от его скорости.

В свою очередь электрическое сопротивление тела человека дополнительно зависит от следующих факторов: психологического и физиологического состояния, от толщины кожи (у мужчин сопротивление выше, чем у женщин), от грубости кожи (у взрослых сопротивление выше, чем у детей), общего состояния кожи (раны, кожные заболевания грязь, увлажненность и т. д.), от внешних раздражителей (внезапные удар, укол, свет или звук) [2].

Заключение

Реоплетизмография, обладает высокой чувствительностью, информативностью, позволяет проводить многократные исследования без вреда для больного, может быть использована в системах функциональной диагностики, непрерывного контроля сердечно-сосудистой системы и дыхания. Но, несмотря на многочисленные работы по РПГ, необходимо отметить недостаточную изученность или спорность трактовки некоторых биофизических и физиологических аспектов метода. Так, не существует точных представлений о распределении зондирующего тока в грудной полости, нет единого мнения о влиянии фактора линейной скорости движения крови на пульсовые колебания РПГ.

Литература:

1. Брудная Э. Н. Инструментальные методы исследования функции дыхания и кровообращения / Э. Н. Брудная, С. О. Шитова. — Киев: Здоров,я, 1984. — 111 с.: ил.; 20 см. — (Б-ка сред. мед. работника).
2. Витрук С. К. Пособие по функциональным методам исследования сердечно-сосудистой системы / С. К. Витрук. — Киев: Здоровья, 1990. — 223 с.: ил.; 21 см.; ISBN 5–311–00593–9 (В пер.)
3. Липатов, А. И. Многочастотные измерения биоимпеданса / А. И. Липатов. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 15 (95). — С. 293–297. — URL: https://moluch.ru/archive/95/20576/ (дата обращения: 20.10.2020).
4. Николаев Д. В. Биоимпедансный анализ состава тела человека / Д. В. Николаев, А. В. Смирнов, И. Г. Бобринская, С. Г. Руднев. — М.: Наука, 2009. — 392 c. — ISBN 978–5-02–036696–1 (в пер.).
5. Петраш, В. В. Реоплетизмография лёгких / В. В. Петраш. ― СПб.: Арт-Экспресс, 2019. ― 104 с.: ил. doi:10.18720/SPBPU/2/z19–1
6. Полищук В. И., Терехова Д. Г. Техника и методика реографии о реоплетизмографии. М.: Медицина, 1983, 176 с. ил.