Применение лазерной допплеровской флоуметрии для оценки нарушений системы микроциркуляции крови человека

Полный текст

Система микроциркуляции представляет собой наименьшую функциональную единицу сосудистой системы, где микрососуды прямо окружают тканевые клетки, которые они снабжают нутриентами и от которых удаляют продукты метаболизма. Данная область сис­темы кровоснабжения включает артериолы, кровеносные капилляры, венулы, а также лимфатические капилляры и интерстициальное пространство [7, 24]. Гемодинамика в системе микроциркуляции, особенно в её капиллярном звене, определяется как внутренними силами кровообращения, так и метаболическими потребностями кровооснабжаемых тканей [7, 9]. Особую роль в периферической гемодинамике играют артериовенозные анастомозы, возникающие на уровне сосудов микроциркуляторного русла между артериолами и венулами и создающие обходные пути движения крови в обход основной массы капилляров. Создавая «короткие» пути, артериовенозные анастомозы вместе с «предпочтительными каналами» обеспечивают условия для параллельного включения основной массы капилляров в периферический кровоток. Это имеет особое адаптационное значение не только при интенсификации тканевого кровотока в метаболически активных зонах, но и для его сохранности при тех или иных нарушениях. Функциональное участие микроциркуляторного русла в обменных процессах определяется диаметром и числом одновременно включённых в кровоток микрососудов, то есть теми структурными параметрами, от которых зависят суммарная площадь обменных микрососудов и перепад давления на «входе» и «выходе» системы микроциркуляции [9]. Система микроциркуляции - одна из тех важных систем, в которых различные болезни проявляются на ранних стадиях. При этом нарушения микроциркуляции могут быть не только вторичными, но и являться первопричиной многих заболеваний, определяя в дальнейшем их исход. Большое количество заболеваний неразрывно связано с теми или иными нарушениями отдельных звеньев микроциркуляции, а именно атеросклероз, артериальная гипертензия, эндотоксемия и сепсис, диабетическая нефропатия, венозная недостаточность и многие другие [24]. Мониторирование микроциркуляторной функции в клинике весьма ограничено как из-за небольшого числа существующих безопасных методов исследования, так и вследствие сложности интерпретации получаемых данных. Метод лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ) основывается на определении перфузии ткани кровью путём измерения допплеровского сдвига частот, возникающего при зондировании ткани лазерным излучением (гелий-неоновым, λ=632,8 нм), с последующей регистрацией излучения, отражённого от подвижных и непо­движных компонентов ткани [ 6, 11, 12, 28, 32, 33, 36]. Получаемый при ЛДФ сигнал характеризует кровоток в микрососудах в объёме до 1,5 мм3 ткани [13, 14]. Слой зондирования может содержать в зависимости от типа ткани следующие звенья микроциркуляторного русла: артериолы, терминальные артериолы, капилляры, посткапиллярные венулы, венулы и артериоловенулярные анастомозы [1, 9, 27, 31, 35]. Применение ЛДФ позволяет получать основные показатели микроциркуляции (ПМ) - М, σ и Кv. М - среднее арифметическое значение ПМ, измеряемое в перфузионных единицах. Изменение М (увеличение или уменьшение) характеризует соответственно повышение или снижение перфузии. Увеличение показателя М может быть связано как с ослаблением артериолярного сосудистого тонуса (которое ведёт к увеличению объёма крови в артериолах), так и с явлениями застоя крови в венулярном звене (что сопровож­дается повышением концентрации эритроцитов в исследуемом объёме ткани и ростом величины М, которая пропорциональна числу эритроцитов) [9, 13]. σ («флакс», flax) - среднее квадратическое отклонение амплитуды колебаний кровотока от среднего арифметического значения М. Характеризует временную изменчивость перфузии, отражая среднюю модуляцию кровотока во всех частотных диапазонах. Чем больше величина σ, тем более глубокая модуляция микрокровотока происходит. Повышение данного показателя может быть связано как с более интенсивным функционированием механизмов активного контроля микроциркуляции, так и с повышением сердечных и дыхательных ритмов, а снижение величины σ обычно свидетельствует об угнетении активных вазомоторных механизмов модуляции тканевого кровотока или преобладании в регуляции тонических симпатических влияний [11, 14, 25]. Повышение перфузии при ослаблении сосудистого тонуса приводит к увеличению М в результате увеличения объёма кровотока в артериолах и вместе с тем может привести к увеличению σ из-за повышения амплитуды сердечного ритма, который привносится из артерий большим количеством эритроцитов, поступающих в артериолы. Также при явлениях застоя крови в венулах увеличивается число эритроцитов в венулярном звене, что в случае снижения перфузионного давления приводит к увеличению амплитуды дыхательного ритма и, как следствие, к росту показателей М и σ. В свете этого при анализе расчётных параметров соотношение между перфузией ткани и величиной её изменчивости («флаксом») оценивается коэффициентом вариации: Кv=σ/М×100%. Увеличение показателя Кv отражает улучшение состояния микроциркуляции, так как это увеличение связано с повышением σ в результате активации эндотелиальной секреции, нейрогенного и миогенного механизмов контроля при практически не изменяющейся величине М [11, 13]. Расчётные параметры М, σ, Кv дают общую оценку состояния микроциркуляции крови. Более детальный анализ функционирования микроциркуляторного русла проводится на втором этапе обработки допплерограмм базального кровотока при исследовании структуры ритмов колебаний перфузии крови. На данном этапе осуществляется анализ амплитудно-частотного спектра колебаний перфузии, и по величинам амплитуд колебаний микрокровотока в конкретных частотных диапазонах оценивают состояние функционирования определённых механизмов контроля перфузии [8, 14]. Ритмическая характеристика колебательных процессов в системе микроциркуляции имеет большую значимость, особенно в ранней диагнос­тике, при многих нозологических формах [16]. Так, потеря или напротив появление в допплерограмме тех или иных колебаний напрямую связано с определёнными симптомами расстройства кровотока и нарушением трофики тканей [3, 9, 28]. Метод ЛДФ с применением амплитудно-час­тотного анализа колебаний кровотока позволяет неинвазивно оценить влияние миогенных, нейрогенных и эндотелиальных компонентов тонуса микрососудов. При этом рассчитывается показатель нейрогенного тонуса прекапиллярных резистивных сосудов, миогенный тонус метартериол и прекапиллярных сфинктеров и показатель шунтирования [14, 15, 18]. Среди звеньев регуляции микрокровотока выделяют «активные» и «пассивные» механизмы. К «пассивным» механизмам относят внешние факторы, находящиеся вне микроциркуляторного русла: пульсовая волна, приходящая со стороны терминальных артерий (кардиальный ритм на «входе» в микроциркуляторное русло), и присасывающее действие «дыхательного насоса» (венулярный ритм на «выходе» из микроциркуляторного русла) со стороны вен. «Активные» факторы непосредственно воздействуют на сосуды микроциркуляторного русла путём периодического изменения сопротивления сосудов потоку крови посредством вазомоций и создают поперечные колебания кровотока [9, 30, 37]. Эти факторы регуляции модулируют поток крови со стороны сосудистой стенки и реализуются через её мышечную составляющую, поэтому их и называют тонус-формирующими [14, 17, 30]. Вазомоции осуществляются не только за счёт синхронизированных спонтанных осцилляций гладкомышечных элементов сосудистой стенки (миогенный ритм), но и за счёт их модуляции со стороны как симпатической нервной регуляции (нейрогенный ритм), так и эндотелий-зависимой регуляции (эндотелиальный ритм) [34]. Увеличение амплитуды «активных» звеньев (эндотелиального, нейрогенного и миогенного) свидетельствует об усилении модуляции кровотока со стороны данного механизма регуляции и расценивается как снижение тонуса [14]. В результате чередования сокращения и расслабления гладкомышечного аппарата сосудистой стенки («активные» факторы) происходит модулирование периодичес­ки изменяющегося объёма крови («пассивные» факторы), что в конечном итоге и формирует оптимальные гемодинамические параметры для транскапиллярного обмена [30]. Наиболее значимыми в диагностическом плане и часто используемыми являются следующие показатели [25, 26, 28, 38-40]: 1) медленные (низкочастотные) волны флаксмоции, зона LF-ритма - диапазон частот 0,05-0,2 Гц, 3-12 колебаний в минуту; 2) быстрые (высокочастотные) волны колебаний, зона HF-ритма - диапазон частот 0,2-0,4 Гц, 12-24 колебания в минуту; 3) пульсовые волны флаксмоций, зона CF-ритма - диапазон частот 0,8-1,5 Гц, 48-120 колебаний в минуту. Кроме того, можно оценить вклад эндотелиальных NO-зависимых колебаний (диапазон частот 0,0095-0,02 Гц) и нейрогенных симпатических (диапазон частот 0,02-0,05 Гц) компонентов тонуса сосудов [5, 19, 20, 23, 29]. На сегодняшний день зоной интереса в исследовании ЛДФ-метрии становится частотный анализ ритмических колебаний тканевого кровотока в оценке регуляторных механизмов микроциркуляции крови [9]. Выпадение тех или иных ритмических составляющих флаксмоций трактуется как «спектральное сужение» ЛДФ-граммы, которое может служить диагностичес­ким критерием нарушений механизмов регуляции микроциркуляции. Качественный анализ ЛДФ-грамм свидетельствует о том, что спектральное сужение соответствует прогрессированию облитерирующего поражения артериальных сосудов [9]. Практически при амплитудно-частотном анализе полученного ЛДФ-спектра используют нормированные показатели, определяющие максимальную амплитуду колебаний кровотока в разных диапазонах, а также их соотношения в виде индекса эффективности микроциркуляции (ИЭМ) [2, 22, 29]. ИЭМ определяет соотношение между активными и пассивными механизмами регуляции кровотока в системе микроциркуляции крови, отражает поступление кислорода и питательных веществ в ткани. Вычисляют ИЭМ по формуле: ИЭМ=AmaxLF/AmaxCF+AmaxHF, где Amax - максимальная амплитуда; LF - низкочастотные колебания кровотока (вазомоции); CF - пульсовые волны; HF - высокочастотные колебания кровотока. Одни из ранних признаков нарушения мик­роциркуляции - локальный спазм приносящих артериальных сосудов, застойные явления в посткапиллярных венулярных сосудах и снижение интенсивности кровотока в нутритивном звене капиллярного русла [10]. При прекращении активной вазомоции в той части капиллярного русла, в которой сопротивление кровотоку выше, объёмный кровоток сокращается, и в ней появляются признаки стаза (а в самих тканях преобладающим становится анаэробный метаболизм). Потеря вазомоции ведёт к так называемому шунтированию кровотока, в результате которого большая часть крови, поступающей в микроциркуляторное русло, движется по меньшей части капилляров, как бы «обкрадывая» в метаболичес­ком плане соседние области микрорегиона. При развитии патологического процесса, связанного с объёмным дефицитом капиллярного кровотока, страдают тонкие механизмы, регулирующие транскапиллярный массоперенос и объёмные процессы в тканях. Финалом микроциркуляторных расстройств становится стаз. Он характеризуется полной блокадой кровотока и резким нарушением барьерной функции микрососудов, сопровождаемой трансмуральной миграцией лейкоцитов и нередко диапедезными кровоизлияниями. Распространённость стаза в микроциркуляторном русле зависит от тяжести процесса. Наиболее ранимо нутритивное звено микроциркуляторного русла. Магистральные артериоловенулярные сообщения и артериовенозные анастомозы более устойчивы к расстройствам микроциркуляции и проявляют тенденцию к сохранению кровотока даже в условиях распространения стаза на значительную часть микроциркуляторного русла [10]. Различные функциональные и патологичес­кие состояния приводят к изменению миогенной активности артериол и прекапилляров - распределительного звена микроциркуляторного русла, что выражается в сужении или расширении их просвета, изменении артериовенулярного соотношения (по их диаметрам) и, как следствие, в уменьшении или увеличении количества функционирующих капилляров. Структурные изменения микрососудов отмечаются в условиях значительных функциональных нагрузок и при патологических нарушениях в организме. К этой группе признаков относятся неравномерность диаметра микрососудов, значительное расширение венул, появление извитости капилляров (в виде клубочков, спиралей и т.п.), а в норме эти признаки отсутствуют. От состояния барьерной функции микрососудов непосредственно зависит проницаемость их стенки. При её увеличении появляется помутнение окружающего фона, а также пристеночная адгезия лейкоцитов, что ведёт к заметному локальному сужению просвета микрососуда и последующему диапедезу эритроцитов [10]. В системе кровообращения микроциркуляторное русло служит связующим звеном между артериальными и венозными сосудами, поэтому состояние капиллярного кровотока зависит от большого числа факторов, действующих на тканевом уровне. Непосредственно патофизиологические механизмы нарушений микроциркуляции могут развиваться по типу [10]: - нарушения притока крови (в результате как его усиления при артериальной гиперемии, так и ослабления притока при артериальной ишемии); - нарушения оттока, сопровождающегося, как правило, венозным застоем; - первичной патологии капилляров. При различных типах гемодинамических расстройств в патофизиологический механизм вовлекаются нарушения проницаемости стенки микрососудов и гемореологические сдвиги, приводя к нарастающей гипоксии и ишемии тканей [10]. Микроциркуляторные расстройства не всегда проявляются в условиях покоя. Для определения состояния механизмов регуляции тканевого кровотока, выявления скрытых нарушений микрогемодинамики и адаптационных резервов системы микроциркуляции необходимо выполнение функциональных проб, которые подразделяются на констрикторные и дилататорные. К констрикторным относятся дыхательная, с венозной окклюзией и постуральная пробы, а к дилататорным - тепловая, электростимуляционная и проба с артериальной окклюзией [30]. Р.В. Горенков и соавт. (2006) описали несколько типов микроциркуляции периферичес­кого кровообращения, исследованных методом ЛДФ [4]: 1) нормоциркуляторный гемодинамический тип микроциркуляции - допплерограммы у здоровых людей без признаков нарушения периферического кровообращения; 2) гиперемический гемодинамический тип микроциркуляции - наблюдается при увеличении притока крови в микроциркуляторное русло и сопровождается увеличением ПМ; амплитуда LF не меняется или снижается, амплитуда CF не меняется или увеличивается, при дыхательной пробе отмечается увеличение степени снижения ПМ (если нет венозного застоя), реакция на артериальную окклюзию гиперреактивная, уровень биологического нуля не изменяется, резерв капиллярного кровотока и время полувосстановления снижены; 3) спастический гемодинамический тип мик­роциркуляции - при снижении притока крови в микроциркуляторное русло за счёт спазма резистивных сосудов; отмечается снижение ПМ, амплитуда LF не меняется или увеличивается, амплитуда CF снижается, при дыхательной пробе степень снижения ПМ не изменяется или увеличивается (при низких значениях ПМ может снижаться), реакция на артериальную окклюзию ареактивная, резерв капиллярного кровотока и время полувосстановления увеличиваются; 4) стазический гемодинамический тип микроциркуляции - выявляется при наличии замедления и стаза крови в компонентах мик­роциркуляторного русла; сопровождается снижением ПМ и амплитуды LF и CF, снижением реакции ПМ на проведение дыхательной пробы, ареактивным типом ответа на артериальную окклюзию, снижением резерва капиллярного кровотока при нормальном или сниженном времени полувосстановления; 5) застойный гемодинамический тип микроциркуляции - выявляется при признаках застоя крови в венулах; сопровождается нормальными или сниженными значениями ПМ и амплитуды LF, наличием дыхательных ритмов HF, ареактивным или парадоксальным типом реакции на артериальную окклюзию, снижением показателей резерва капиллярного кровотока и времени полувосстановления. Кроме представленных «чистых» гемодинамических типов микроциркуляции существуют смешанные (с признаками нескольких типов) и переходные (пограничные типы). Однако эти три типа микрогемодинамики (гиперемический, спастический и нормоциркуляторный) достаточно наглядно и чётко проявляют себя. Физиологические различия между ними заключаются с исходном уровне перфузии, наличии резерва капиллярного кровотока и ответных реакциях на функциональные нагрузки (окклюзионный тест) [4]. Наряду с этим К.М. Морозов и соавт. (2007) описали четыре варианта состояния микроциркуляции [21]. 1) Нормоциркуляторный вариант - сопровож­дается стабильно сниженными показателями активных и пассивных характеристик микроциркуляции (снижение не более чем на 20% исхода) с нормальной перфузией, среднее квадратичное отклонение стремится к единице, коэффициент вариации - к 18. 2) Вазоспастический вариант - сопровождается сниженными активными и неизменёнными пассивными характеристиками микроциркуляции со снижением перфузии, а среднее квадратичное отклонение и коэффициент вариации снижены. 3) Дилатационный вариант - характеризуется снижением всех показателей активности микроциркуляции более 20% и уменьшением перфузии. 4) Застойный вариант - сопровождается практически полным отсутствием всех характеристик активности микроциркуляции и значительным (практически до нулевой отметки) уменьшением перфузии при снижении среднего квадратичного отклонения и практически нормальном коэффициенте вариации. Каждая из форм микроциркуляторных расстройств характеризуется определённым соотношением структурно-функциональных и гемореологических изменений в микрососудах, а также нарушениями барьерной функции [10]. Характеристика различных форм нарушения микроциркуляции, разработанная В.И. Козловым и соавт. (2007) по данным ЛДФ, представлена в табл. 1. На сегодняшний день разработана классификация, позволяющая оценивать нарушения сис­темы микроциркуляции по следующим принципам [9, 10]: 1) по этиологии: воспалительные, аллергичес­кие, циркуляторные, инфекционные, токсичес­кие; 2) по типу расстройств: - циркуляторные: гиперемические, спастичес­кие, спастико-атонические, застойные, стазические; - структурные: дистрофические, диспластические; 3) по генезу: первичные и вторичные; 4) по характеру течения: острые и хроничес­кие 5) по локализации: системные и регионарные; 6) по степени нарушений (1-4-я степени): - 1-я степень - лёгкая, характеризуется компенсированными изменениями в системе микроциркуляции; - 2-я степень - средней тяжести, характеризуется субкомпенсированными структурными и гемореологическими сдвигами, а также снижением уровня микроциркуляции на 20-25%; - 3-я степень - тяжёлая, характерны декомпенсированные изменения в системе микроциркуляции и ослабление тканевого кровотока на 25-40%; - 4-я степень - очень тяжёлая, характерны угнетение тканевого кровотока и ослабление мик­роциркуляции более чем на 40%. ВЫВОДЫ 1. Метод лазерной допплеровской флоумет­рии позволяет неинвазивно оценивать состояние системы микроциркуляции крови. 2. Разработаны критерии, позволяющие всесторонне оценить состояние микроциркуляции и механизмов её регуляции с использованием оборудования отечественного производства. 3. На сегодняшний день данный метод находит широкое применение в различных облас­тях теоретической и практической медицины. Однако поскольку лазерная допплеровская флоуметрия является достаточно новым диагностичес­ким методом, реализующим новые диагностические технологии, полноценных статистических данных об изменениях микроциркуляции при широком спектре патологических состояний пока ещё не накоплено. Это затрудняет применение метода при непосредственном решении практических задач, но открывает широкие возможности для дальнейших исследований.

Об авторах

Игорь Викторович Бархатов

Областная клиническая больница №3, г. Челябинск

Email: knib2009@rambler.ru

Список литературы

Дополнительные файлы