что такое фпг в медицине
Что такое фпг в медицине
Метод позволяет определить степень поглощения мощности световой волны, обусловленной увеличенным кровенаполнением ткани после завершения систолы и уменьшенным во время диастолы. А поскольку в конце систолы в микрососудах преобладает артериальная кровь, то имеются все основания утверждать, что оксиметр регистрирует сатурацию именно артериальной крови. Пульсирующая кривая, отражающая изменение кровенаполнения микрососудов, носит название фотоплетизмограммы (ФПГ).
Очевидно, что аналогичным способом можно определить и наполнение пульса для красного канала, но в силу ряда причин на практике используют для этого инфракрасный канал. Реально величина N меняется от 10% до 0.1-0.05%, причем величина 0.1%, как правило, выбирается за минимальное пороговое значение, при котором пульсоксиметр еще будет нормально работать.
Иногда сигналы пульсовых волн U1, U3 выделяют для дополнительного усиления и фильтрации.
Нами описан наиболее типичный способ построения пульсоксиметра, по которому с теми или иными вариациями создается большинство приборов.
В некоторых современных пульсоксиметрах часть выше описанных функций может быть реализована в цифровом виде. Это стало возможным благодаря появлению недорогих аналого-цифровых преобразователей высокой разрядности и высокопроизводительных сигнальных процессоров.
В пульсоксиметрах «Osimed 2100» использована фирменная технология Dolphin ONE™, которая позволяет устранить отдельные узлы типичного пульсоксиметра (преобразователи «сила тока/напряжение», предусилители, фильтры, аналого-цифровой преобразователь и другие компоненты, присущие традиционным пульсоксиметрам). А это позволяет существенно уменьшить размер электронных компонентов, а также снизить электропотребление.
Резюмируя изложенные выше материалы, еще раз подчеркнем, что в современных пульсоксиметрах используется импульсная двухволновая технология. Газовый анализ обеспечивается красным и инфракрасным спектром света, различно поглощающимся оксигемоглобином и восстановленным (дезокси-) гемоглобином. Принимается допущение, что поглощение этих волн тканями, окружающими сосуд и стенки самого сосуда у конкретного человека, — величина постоянная, которая легко может быть учтена при расчетах. Поэтому разница в наполнении капилляров в начале и конце систолы (амплитуда пульсовой волны) может быть использована для расчета как сатурации крови, так и частоты сердечных сокращений.
Однако эту концепцию нельзя считать идеальной.
Во-первых, потому, что помимо окси- и дезоксигемоглобина в крови находятся, еще другие фракции гемоглобина (карбоксигемоглобин, метгемоглобин), не участвующие в кислородтранспортной функции крови, но имеющие близкие спектральные характеристики. В большинстве случаев они не оказывают существенного влияния на точность измерения сатурации крови, поскольку присутствуют в незначительных концентрациях. Однако при отравлениях окисью углерода или цианидами, а также при приеме некоторых лекарственных препаратов концентрация карбокси- и метгемоглобина может многократно возрасти и существенно повлиять на точность измерения Sp02, не говоря уже о том, что в этих ситуациях значительно страдает кислородтранспортная функция крови.
Во-вторых, имеются некоторые спектральные особенности гемоглобина в зависимости от расовой принадлежности и возраста (например, фетальный гемоглобин у младенцев).
В-третьих, в крови могут появиться другие эндогенные (билирубин) или экзогенные (метиленовая синь, индоциан зеленый) красители, которые также могут конкурировать с гемоглобином и оксигемоглобином.
Имеются и другие причины, влияющие на точность измерения:
• влияние на датчик окружающего освещения,
• наводки от действия другой электрической аппаратуры,
• малое кровенаполнение в области расположения датчика и др.
Фотоплетизмограмма (ФПГ).
«Фотоплетизмограмма – метод регистрации оптической плотности ткани» (Б.М.Э. 1985, т.26ст.408).
В состоянии сильного эмоционального напряжения изменяются количество крови, поступающие в сосуды при каждом сердечном сокращении, величина просветов и эластичность сосудов, и ряд других показателей. Следовательно, эта методика дает возможность выявить целый комплекс изменений в организме, вызванных эмоциональным напряжением, и может служить надежным индикатором его величины при проведении полиграфных проверок.
Фотоплетизмограмма – это интегральный показатель, отражающий состояние организма в целом. При анализе показателей фотоплетизмограммы пульс называют «объемным». Он характеризуется не только частотой, но и количеством крови в кубических миллилитрах, протекающий через участок измерения.
В полиграфных проверках датчик ФПГ чаще всего закрепляется на пальце испытуемого, и, таким образом, фиксируются колебания объема пальца в месте наложения. Объем пальца изменяется в зависимости от количества крови, протекающей через кровеносные сосуды. Теоретически, чем больше крови будет введено в кровеносное русло в момент сокращения сердца, тем больше кровоток. Реально этот процесс выглядит значительно сложнее. На поток крови, протекающей через измеряемый участок, влияет эластичность стенок сосудов в месте измерения, вязкость крови, количество циркулирующей крови.
Приведенные в таблице данные относятся к организму здорового человека, находящегося в состоянии покоя (БМЭ, т. 19, с. 1295).
В приборах, регистрирующих изменения объема части тела – плетизмографах используются различные принципы регистрации показателей:
— регистрации изменения плотности светового потока, проходящего через обследуемый участок биоткани, в том числе и отраженный световой поток – фотоплетизмограф;
— регистрация изменений электрического сопротивления на фиксированном участке тела – реоплетизмографы.
Существуют так же и механические регистраторы, которые измеряют величину смещения ткани при прохождении «порции» крови, вызванной сокращением сердца. К сведению, за одно сокращение сердца вводится в сосудистое русло от 40 до 100 миллилитров крови при средней скорости кровотока от 10 до 20 см в секунду. Время, за которое кровь «изгоняется» из сердца в сосудистое русло, в норме составляет 0,25- 0,3 сек.
На рис. 25 рассматривается кривая, отражающая некоторые информативные признаки фотоплетизмограммы.
Рис.25. Некоторые информативные признаки фотоплетизмограммы
Отрезок А-Б характеризует в.емя, за которое произошло увеличение объема крови в месте регистрации, после каждого сердечного сокращения. Величина амплитуды кривой «h» определяется объемом крови после сердечного сокращения и состоянием эластичности кровеносных сосудов. Участок кривой Б-Г – время, за которое «избыточное» давление крови пришло к исходному состоянию. Зубец «В» – так называемый дикротический зубец, происхождение которого до настоящего времени не совсем ясно. Одна из гипотез предполагает, что он образуется за счет следующих процессов: кровь во время сердечного сокращения поступает в сосуды и расширяет их, создавая дополнительное напряжение стенок. В паузе между сердечными сокращениями сосуды, сжимаясь, выталкивают ее обратно по кровяному руслу. Таким образом, часть крови возвращается назад в сторону сердца. Так как в это время клапаны сердца закрыты, то она, ударяясь о них, возвращается назад, несколько повышая реальный объем крови. Это явление и фиксируется в точке регистрации, в виде небольшого зубца на нисходящей части кривой фотоплетизмограммы.
К сожалению, дикротический зубец не всегда присутствует на кривой фотоплетизмограммы (ФПГ) и наблюдается не у всех обследуемых. Если же он имеет место, то специалисты используют его информативность при проведении визуального анализа кривой. Положение дикротического зубца на нисходящей стороне кривой не постоянно. Оно определяется временем «возвращения» порции крови, «ударяющейся» в закрытые клапаны сердца и возвратившейся назад.
Чем быстрее происходит этот процесс, тем выше на кривой располагается зубец (рис.26). Анализ проводится путем сравнения уровня нахождения дикротического зубца при измерении фоновых показателей организма с уровнем нахождения после предъявления значимого вопроса теста. При этом измеряется расстояние от вершины кривой до зубца и от зубца до основания кривой и вычисляется соотношение полученных показателей:
где: V – обобщенный показатель
п 2 – расстояние от зубца до основания кривой;
п 1 – расстояние от зубца до вершины кривой
Изменение положения зубца на кривой может происходить линейно (рис.26). Уровень его нахождения по сравнению «с фоновым», может быть выше (кривая 3) или ниже (кривая 2). На кривой 3 мы наблюдаем увеличение скорости прохождения «гидравлического удара» от клапанов сердца до точки установления датчика, на кривой 2 – снижение.
Нередки случаи волнообразного изменения уровня дикротического зубца находящегося на нисходящей ветви кривой ФПГ (рис.26). При анализе ФПГ необходимо исходить из положения: чем больше крови находится в зоне измерения, чем больше давление на этом участке, тем меньше амплитуда кривой. Это связано с тем, что повышение давления ведет к снижению уровня пульсации при поступлении одного и того же объема крови. Надувая воздушный шарик, при первых выдохах мы наблюдаем очень большие изменения в его форме. Когда же шарик практически накачан, следующая порция воздуха, введенная в него, может оказаться незамеченной. Аналогичный эффект наблюдается и в сосудистом русле. В результате сокращения сердца, добавление очередной порции крови в полупустые сосуды, вызывает их мощную пульсацию, которая хорошо просматривается на кривой ФПГ. Поступление очередной порции в хорошо заполненные сосуды вызывает снижение амплитуды ФПГ. Уменьшение амплитуды ФПГ с ростом эмоционального напряжения человека могут быть кратковременным (рис.27-А) или продолжительным (рис.27-Б). Форма кривой ФПГ «А» может быть обусловлена хорошей системой компенсации организма обследуемого или искусственным отключением его от содержания информации, предъявляемой специалистом. Кривая «Б» подтверждает наличие устойчивого, мало компенсированного стрессового состояния. Увеличения амплитуды ФДГ обычно наблюдается при снижении пульсового давления.
Определенную информацию несет и площадь под кривой (S), являющаяся интегральным показателем, на которой оказывают влияние как количество крови, поступившей на обследуемый участок, так и эластичность стенок сосудов, их общее сопротивление кровотоку. Поэтому, этот показатель (S) достаточно часто применяется в полиграфных системах для оценки эмоционального напряжения обследуемого.
Волны первого порядка (рис. 29) являются основными при анализе ФПГ. Это практически то, что мы называем фотоплетизмограммой.
Волны второго порядка тесно связанны по длительности с дыхательными циклами. В состоянии «спокойного» дыхания они проявляются редко. Исключение могут составлять тучные люди, страдающие одышкой, с высоко стоящей диафрагмой. Кроме того, нужно помнить, что они усиливаются на ФПГ, если рука обследуемого находится на твердой поверхности.
К волнам третьего порядка относятся все колебания с длительностью, превышающей дыхательные циклы. Они могут быть ритмичны, т.е. повторяться с определенным постоянством. Проявление их объясняется ритмической активацией центра, контролирующего состояние сосудов. В литературе это явление известно как волны Траубе-Геринта, которые на практике с постоянной конфигурацией наблюдаются довольно редко. Чаще они имеют различную длину и амплитуду даже в процессе одного тестирования. Степень выраженности волн второго и третьего порядка зависит от эмоционального состояния человека. В норме они практически не возникают, но в состоянии эмоционального напряжения появление этих волн встречается довольно часто. Степень их выраженности при регистрации ФПГ может являться критерием оценки уровня эмоционального напряжения обследуемого.
Специалисту полиграфа следует помнить, что, в связи с высокой чувствительностью используемых датчиков фотоплетизмографа, при резком изменении уровня освещенности помещения возможны искажения характеристик кривой ФПГ.
Фотоплетизмография — метод скрининговой диагностики состояния сосудов
В основе патогенеза многих заболеваний лежит нарушение микроциркуляции. Поэтому оценка состояния сосудистого русла, включая капилляры, позволяет выявить на ранних стадиях различные болезни, а также контролировать процесс лечения пациента. Оптимальной методикой скрининговой сосудистой диагностики является фотоплетизмография. Это простой, неинвазивный, безболезненный и надежный экспресс-метод, основанный на определении объема крови в микрососудистом русле.
Принцип фотоплетизмографии заключается в определении изменения объема крови в области, на которой проводится измерение. С помощью аппаратно-программного комплекса «Медсканер» проводится пальцевая фотоплетизмография с использованием концевой фаланги кисти или стопы. Это позволяет получить максимум информации о микроциркуляторном русле из-за интенсивного капиллярного кровотока в области кончиков пальцев. К тому же использовать дистальную фалангу пальца удобно как врачу, так и пациенту.
Что собой представляет фотоплетизмография
Объем любого органа включает в себя объем тканей и объем заполняющей его крови. Таким образом, объем тканей постоянен, а объем крови меняется в зависимости от фазы сердечного цикла. Эти изменения, которые также зависят от дыхания, терморегуляции и активности симпатической нервной системы, можно зарегистрировать с помощью приборов. Метод фотоплетизмографии представляет собой регистрацию оптической плотности ткани. Исследуемый участок просвечивается инфракрасным светом, который затем попадает на фотопреобразователь. Длина волны излучаемого света подобрана таким образом, чтобы он поглощался эритроцитами в артериальном русле. Поэтому его интенсивность зависит от количества крови в исследуемой ткани. Регистрируемый сигнал называется фотоплетизмограммой, которая оценивается по определенным параметрам.
Диагностические возможности метода
Пульсовая волна представляет собой волну повышенного давления, которая распространяется по аорте и артериям вследствие выброса крови из левого желудочка во время систолы (сокращения сердечной мышцы). Кратковременное расширение участка артериальной стенки можно зарегистрировать в виде пульсового толчка. Скорость распространения пульсовой волны по сосудам зависит от ширины просвета и эластичности сосуда, толщины его стенки и плотности крови.
Пульсовая волна образуется в результате взаимодействия между левым желудочком и сосудами большого круга кровообращения. Она состоит из двух пиков: первый формируется благодаря систолической волне, второй соответствует отраженной волне из-за крови, передаваемой к нижним конечностям и направляющейся обратно в аорту. Известно, что интенсивность отражения определяется тонусом артериол, поэтому анализ формы пульсовой волны дает возможность оценить функциональное состояние и структурные изменения периферического сосудистого русла.
Считается, что продолжительность и частота пульсовой волны зависят от работы сердца, а форма и величина ее пиков — от состояния сосудистой стенки. При оценке фотоплетизмограммы можно определить сужение артерий, в том числе ишемию сосудов нижних конечностей. Свойства волн при измерении на правой и левой ноге должны быть одинаковы, а при поражении одной из них возникает несимметричность.
Для оценки сосудистых рефлексов с помощью этого метода применяются различные функциональные пробы (например, компрессионный и декомпрессионный тест с определением давления в плечевой артерии позволяет изучить состояние венозного кровотока, медикаментозная проба с нитрогицерином — оценить толерантность к нитратам и т. д.).
При проведении контроля лечения фотоплетизмография помогает подбирать оптимальную дозу фактора воздействия и предупредить негативные реакции, связанные с его передозировкой.
Проведение обследования
В целом, фотоплетизмография является надежным скрининговым инструментом для различных медицинских специалистов, помогая в терапевтической диагностике, сосудистой хирургии, кардиологии, эндокринологии и других областях.
Фотоплетизмография: оценка состояния сосудов
От состояния кровеносных сосудов во многом зависит то, насколько долго и активно будет жить человек. Большинство серьезных осложнений возникает именно из-за проблем с сосудами, и наоборот – любые заболевания отражаются на микроциркуляции, т. е. на транспорте биологических жидкостей на уровне тканей организма. Эти проблемы отражаются на форме пульсовой волны и на соотношении анакротической и дикротической фазах пульсовой волны. На анализе пульсовой волны и основан метод фотоплетизмографии.
Этот экспресс-метод исследования сосудов заключается в определении объема крови в капиллярах при просвечивании участка кожи красным и инфракрасным светом. В АПК Медсканер БИОРС-05 (Велнесс) для этого используется пульсоксиметрический датчик. Он надевается на указательный палец левой (или правой) руки, т. к. именно в кончиках пальцев наиболее интенсивный капиллярный кровоток.
КАК РАБОТАЕТ МЕТОД
Объем любого органа включает в себя объем тканей и объем заполняющей его крови. Таким образом, объем тканей постоянен, а объем крови меняется в зависимости от фазы сердечного цикла. Метод фотоплетизмографии представляет собой регистрацию оптической плотности ткани. Исследуемый участок просвечивается красным и инфракрасным светом, который затем попадает на фотопреобразователь. Длина волны излучаемого света подобрана таким образом, чтобы он поглощался эритроцитами в артериальном русле. Поэтому его интенсивность зависит от количества крови в исследуемой ткани. Регистрируемый сигнал называется фотоплетизмограммой, которая оценивается по определенным параметрам.
ДЛЯ ЧЕГО ИСПОЛЬЗУЕТСЯ
Фотоплетизмография помогает выявлять изменения сосудов при сахарном диабете, атеросклерозе, гипертонической болезни. Также по улучшению состояния сосудов можно судить об эффективности лечения или оздоровительных методов, выявлять осложнения после болезни. В частности, этот метод помогает выявить изменения сосудов у людей, перенесших COVID-19.
В спортивной медицине фотоплетизмография помогает разработать индивидуальную программу тренировок. Известно, что интенсивная физическая активность с увеличением мышц в объеме часто приводит к перегрузке вен и даже их разрыву. Регулярный контроль позволяет избежать варикоза (расширения вен) и связанных с этим осложнений.
Метод помогает подобрать индивидуальную диету, исключить из рациона продукты питания, противопоказанием к которым может быть повышенная вязкость крови или нарушения кальциевого обмена. При склонности к образованию тромбов (тромбозу) в сосудах необходимо исключить из рациона куриный желток, печень, икру и т. д., а для предотвращения вымывания кальция из организма необходимо снизить потребление кофе, сахара, пальмового масла.
Проверку на фотоплетизмографе обязательно стоит пройти до начала реабилитационных мероприятий, основанных на вибрационном воздействии (например, на вибрационных платформах), или других упражнений, которые связаны с риском отрыва тромба (такие как прыжки со скакалкой и т. п.). То же касается использования вибрационных кроватей и прочих приспособлений и процедур, которые вызывают вибрацию в организме. Чаще всего тромбы образуются на стенках вен ног. После отрыва тромб переносится током крови и может закупорить сосуд на своем пути. При этом может возникнуть угрожающее жизни состояние, например при закупорке легочной артерии.
РЕАБИЛИТАЦИЯ ПОСЛЕ COVID-19
Оценка фотоплетизмограммы имеет особое значение для реабилитации постковидных пациентов. Как известно, одним из основных осложнений после перенесенной вирусной пневмонии, ассоциированной с COVID-19, является увеличение вязкости крови, которое выливается в гипертонию, тромбоз, миокардит и другие поражения сердечно-сосудистой системы.
На основании значений индекса жесткости и индекса отражения назначаются процедуры и проводится мониторинг состояния сосудов в процессе реабилитации.
СУТЬ МЕТОДА
Пульсовая волна образуется в результате выброса крови левым желудочком сердца во время его сокращения. Давление распространяется по аорте и артериям, и скорость этой волны зависит от ширины просвета сосуда, эластичности и толщины сосудистой стенки, а также от силы сокращения сердца. Поэтому фотоплетизмография помогает выявить признаки сужения (стеноза) и склероза, оценить сосудистый тонус и работу сердца.
На фотоплетизмограмме пульсовая волна состоит из двух частей. Анакротическая фаза [a] соответствует систоле (сокращению сердца), а дикротическая [b] – диастоле (расслаблению). Дикротический пик образует отражение волны крови, которая передается к ногам и направляется обратно в аорту. Считается, что частота и длительность пульсовой волны зависит от сердечной мышцы, а величина и форма пиков плетизмограммы — от состояния сосудистой стенки.
У здорового человека пульсовая волна имеет достаточно крутой подъем и относительно высокую отраженную волну.
Сужение артерий приводит к сглаживанию подъема, удлинению дикротической фазы и уменьшению высоты отраженной волны. При значительном сужении сосудистого просвета отраженной волны может не быть вовсе.
ОЦЕНКА ФОТОПЛЕТИЗМОГРАММЫ
Фотоплетизмограмма оценивается по нескольким показателям. Самые важные параметры – индекс жесткости и индекс отражения. По индексу жесткости можно выявить сужение крупных артерий, оценить эластичность их стенок и косвенно оценить кальциевый обмен (чем выше жесткость, тем больше кальция в крови). Индекс отражения, в основном, показывает тонус артериол и мелких сосудов. Повышенный индекс отражения указывает на повышенную вязкость крови, что косвенно может свидетельствовать о наличии холестериновых бляшек и атеросклерозе.
ВИЗУАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ФОТОПЛЕТИЗМОГРАММЫ
Для нарушений гемодинамики характерны следующие признаки, визуально определяющиеся на пульсовой волне:
— вблизи вершины имеются дополнительные волны (симптом «петушиного гребня»), которые свидетельствуют об отклонении общей или локальной гемодинамики и возможном наличии тромба;
— крутой подъем пульсовой волны, быстрое снижение и незначительное проявление диктротического подъёма происходит при низком периферическом сопротивлении и большом систолическом выбросе и свидетельствует об аортальной недостаточности;
— отсутствие дикротического зубца свидетельствует о наличии сахарного диабета, атеросклероза или гипертонической болезни;
— продолжительная анакротическая фаза пульсовой волны с пологим неравномерным подъемом и слабо выраженном или высоком дикротическом зубце происходит при повышенном тонусе сосудов и может проявляться при начальном атеросклерозе или повышенном давлении.
Наиболее важными считаются первые три признака. Кроме того, при различных заболеваниях на фотоплетизмограмме могут присутствовать и другие особенности: — при облитерирующем эндартериите амплитуда пульсовых волн снижена на всех пальцах пораженной конечности; — в периоды резкой перемены погоды и при магнитных бурях возрастает количество реакций, указывающих на расширение сосудов, особенно у больных ревматизмом.
КАК ПРОВОДИТСЯ ОБСЛЕДОВАНИЕ
Для проведения фотоплетизмографии требуется подключить Медсканер к ноутбуку или компьютеру. Риск поражения электротоком отсутствует, прибор получает питание через USB-порт. Измерение проводится бесконтактным способом путем определения оптической проводимости капиллярной крови в красном и инфракрасном диапазоне.
На указательный палец кисти левой руки надевают датчик таким образом, чтобы красный светодиод внутри датчика был над ногтем пальца. Во время обследования, которое проводится в течение 30 секунд, нельзя двигать рукой с датчиком, чтобы избежать искажения данных из-за сокращения мышц.
После обследования нужно мышкой выбрать на пульсограмме участок с наиболее характерными пульсовыми волнами. Программа автоматически определит контрольные точки измерений, однако выбор программы может быть некорректен из-за нечеткости формы пульсовой волны. В этом случае следует выделить вручную конец анакротической волны и начало дикротической, передвигая маркеры контрольных точек мышкой.
ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ
Фотоплетизмография является безопасным и безболезненным методом. Противопоказания отсутствуют, однако не следует надевать датчик на палец с поврежденной кожей.
В течение суток до обследования не рекомендуется принимать лекарственные препараты и воздержаться от физиотерапевтических процедур (за исключением случаев мониторинга проводимых мероприятий).
Чтобы избежать реакции сосудов на тепло или холод, температура в помещении должна поддерживаться на уровне 19-23°С. Стоит помнить, что при температуре менее 16°С происходит спазм мелких артерий.
Перед обследованием желательно несколько минут для адаптации посидеть или полежать в удобном положении. Во время измерения не следует допускать воздействия на датчик пульсоксиметра яркого искусственного освещения и прямых солнечных лучей.