On the issue of uroflowmetry in children

Abstract

In the present work we consider uroflowmetry as a promising method of functional diagnostics in pediatric urological practice. Uroflowmetry is a method based on the measurement of volume urinary flow rate (VUR). The following parameters are recorded graphically: duration of urination, average urine flow rate, urine flow rate in the first second, time of reaching maximum urine flow rate, maximum urine flow rate and bladder volume.

Full Text

В настоящей работе мы рассматриваем урофлоуметрию как перспективный метод функциональной диагностики в детской урологической практике. Урофлоуметрия — это метод, основанный на измерении объемной скорости мочеиспускания (ОСМ). Проводится графическая регистрация следующих параметров: длительности мочеиспускания, средней скорости тока мочи, скорости тока мочи за первую секунду, времени достижения максимальной скорости тока мочи, максимальной скорости тока мочи и объема мочевого пузыря [1].

Основные преимущества урофлоуметрии заключаются в физиологичности исследования, в ее способности выявлять ранние стадии поражения пузырно-уретрального сегмента, а также в возможности многократного проведения у одного и того же пациента [2, 3].

Ощутимым недостатком ныне существующих приборов являются их большие размеры, сложность и высокая стоимость оборудования, поэтому они мало пригодны для широкого диспансерного обследования больных. В связи с этим основное наше внимание уделялось возможности создания портативного урофлоуметра с целью использования его как скрининг-теста при диспансеризации детского населения.

Из большого разнообразия существующих конструкций мы выбрали три прибора, которые создавались как упрощенные флоуметры. Судя по описанию конструкций и сообщениям авторов о результатах их применения, эти приборы просты, удобны в эксплуатации и являются достаточно информативными. Так, был предложен прибор [4], состоящий из двух цилиндров. Один вставлен в другой, имеется общее дно, снабженное стоком. Во внутреннем цилиндре пять отверстий, ведущих в пять изолированных камер. Уровень отверстий и размер стока подобраны таким образом, что при ОСМ, равной 5 мл/с, моча попадает в первую камеру, 10 мл/с — во вторую и т. д. до ОСМ, равной 25 мл/с, когда моча поступает во все пять камер. По мнению авторов, между уровнем мочи в приборе и ОСМ имеется линейная связь.

Другой прибор [6] состоит из цилиндра и воронки. Отверстие стока подобрано так, что при определенной ОСМ уровень мочи устанавливается либо у дна воронки, либо на высоте посередине цилиндра. Автор считает, что уровень мочи находится в линейной зависимости от ОСМ.

Третий прибор представляет собой двухколенную трубку со стоком. Моча поступает в одно колено через воронку, в то же время в другом колене на соответствующую высоту вытесняется поршень с писцом и отмечает полосу теста. Высота столба жидкости является мерой оценки тока мочи.

Таким образом, по мнению авторов, всеми тремя приборами выявляется общая закономерность — линейная зависимость уровня мочи в приборе от ОСМ, а принцип регистрации ОСМ достаточно достоверен и точен.

Основываясь на этих данных, мы создали свою конструкцию прибора, хотя в ее основе лежит та же закономерность. Однако мы решили усовершенствовать метод регистрации давления мочи, подключив современные манометры, значительно повышающие точность и чувствительность метода, позволяющие вести графическую регистрацию ОСМ за единицу времени.

Внешне датчик нашего прибора напоминает флоуметр Смита, отличаясь лишь тем, что в цилиндр вдается трубка стока благодаря чему создается «немое» пространство (2), в котором (3) регистрируется давление (см. рис.).

Рис. 1. Принципиальная схема разработанного нами урофлоуметра (макетный образец).

До создания опытного варианта прибора мы изготовили макетный образец, провели расчеты и серию технических экспериментов. Они должны были подтвердить правильность наших предположений и достоверность сообщений зарубежных авторов.

Расчеты проводили на кафедре аэрогидромеханики механико-математического факультета КГУ (зав.— проф. Ю. М. Молокович), они являются достоверными.

В основу расчетов легла формула Торичелли для линейной скорости истечения жидкости из подобных систем $V=\sqrt{2gh}\left(1\right).$ Дальнейшие расчеты в единицах объемной скорости с учетом потока жидкости, поступающей в прибор, привели к выражению: $\frac{dh}{dt}=\frac{Qb}{2{\mathrm{\pi R}}^2}-\frac{r^2}{R^2}\sqrt{2gh}\left(2\right).$ которое показывает изменения уровня жидкости (dh) в зависимости от изменений времени (dt) и характеристики потока, поступающего в прибор (Qb). Для получения рабочей формулы необходимо подставить значение Qb и решить уравнение. Для стабильных потоков формула принимает вид: $Q=2{\mathrm{\pi r}}^2\sqrt{2\mathrm{gh}}$, она связывает объемную скорость потока (Q), уровень жидкости (h) и радиус сточного отверстия (r). Формула выражает линейную зависимость уровня жидкости от объемной скорости потока, поступающего в прибор. При переменных потоках любой характеристики зависимость будет выражаться уравнением (2). Из него следует, что даже при отсутствии потока (Qb) изменения уровня (dh), зависят от изменений времени (dt) и самого уровня $\left(\sqrt{2gh}\right)$.

Это свидетельствует о том, что зависимость перестает быть линейной. Колебания уровня жидкости не будут соответствовать изменениям объемной скорости потока, поступающего в прибор. Поэтому с помощью описанных выше приборов невозможно зарегистрировать момент максимальной объемной скорости. Кроме того, следует учитывать продолжительность релаксации прибора. Если пренебречь осцилляцией, то она равна времени, за которое происходит накопление жидкости в количестве, достаточном для установления равновесия. Это увеличивает инертность системы, которая обусловливает большую погрешность в измерениях.

Справедливость указанных выше теоретических предпосылок подтверждается результатами технических экспериментов.

Первая серия технических экспериментов (25) была проведена с целью изучения точности работы прибора при стабильных потоках. В испытуемую конструкцию (см. рис.) подавались стабильные потоки объемной скорости различных значений (Q = 5, = 10, =15, = 20, = 30 мл/с) и регистрировались изменения давления. Эксперименты продемонстрировали степень инертности данной системы и ее аналогов. Как известно, в системах, не обладающих инертностью, давление, обусловленное уровнем жидкости, мгновенно стабилизируется на определенном значении. Однако в наших экспериментах стабилизации давления мы не добились ни разу, даже при малых значениях объемной скорости, хотя время измерения в несколько раз превосходило продолжительность нормального мочеиспускания. Следовательно, результаты экспериментов свидетельствуют о высокой степени инертности прибора даже при стабильных потоках. Это полностью исключает возможность точной регистрации ими динамики ОСМ.

Вторая серия технических экспериментов (34) проводилась с целью изучения возможности использования прибора для регистрации переменных потоков. Для этого в испытуемый прибор подавались равномерной убывающие потоки жидкости с известными характеристиками и регистрировалась динамика давления. Как известно, при точной работе прибора мы должны были зарегистрировать кривую, полностью совпадающую с характеристикой поступающего потока. Но мы стабильно получали кривые с абсолютным искажением характеристики подаваемого потока жидкости, то есть ошибка была равна 100%. Следует отметить, что всемирно известные урофлоуметры фирм «Disa» (Дания) и «Wolf» (ФРГ) работают с погрешностью не более 3% по всем измеряемым параметрам.

Таким образом, результаты теоретических расчетов и экспериментальных данных свидетельствуют о большой инертности прибора и потому весьма низкой чувствительности и точности урофлоуметров типа Дрейка и Смита. В связи с этим указанные приборы и их аналоги не могут быть использованы для регистрации таких быстропеременных потоков, как мочеиспускание. Указанный же принцип измерения ОСМ не пригоден для разработки перспективных урофлоуметров, позволяющих производить измерения с погрешностью не более 3%. Результаты научных исследований по уродинамике нижних мочевых путей, полученные с помощью урофлоуметров типа Дрейка и Смита, требуют критической оценки.