20.13. Измерение давления,

кровотока и объема крови в сердечно–сосудистой системе

Измерение давления

Прямые методы. Для прямого (внутрисосудистого) измерения давления требуется ввести в сосуд канюлю или катетер. В прошлом давление измеряли в основном при помощи простых жидкостных манометров, например ртутных (для измерения артериального давления) или водных (для измерения венозного давления). Однако из–за инерционности подобных приборов быстрые колебания давления значительно искажаются, поэтому с их помощью можно определить только среднее давление.

При помощи мембранных манометров можно зарегистрировать более быстрые колебания давления. Такие манометры представляют собой жесткую камеру, одной из стенок которой служит упругая мембрана. Давление в сосуде передается через канюлю, жестко соединенную с камерой, на мембрану, и перемещение последней регистрируется при помощи либо механического (рычаг), либо оптического (зеркальце), либо электрического (датчик) устройства. Современные мембранные датчики давления обладают очень небольшой массой и крайне жесткой мембраной, перемещения которой минимальны. При помощи таких датчиков можно надежно регистрировать изменения давления, происходящие с частотой 1000 Гц и более. В так называемых тензометрических датчиках используются проволочки или кристаллы полупроводника; при смещении мембраны эти элементы растягиваются и их сопротивление меняется (для его измерения служит мостик Уитстона). В датчиках другого типа мембрана представляет собой одну из пластин конденсатора; когда под действием приложенного давления расстояние между пластинами изменяется, меняются и емкость конденсатора и, следовательно, снимаемый с него электрический сигнал. Можно также измерить изменения напряжения на катушке индуктивности при перемещении в ней железного сердечника, связанного с мембраной.

Для того чтобы при записи быстрых изменений давления не искажались их амплитуда и фазовые соотношения, собственная частота колебаний манометра должна в 10 раз превышать максимальную частоту регистрируемых колебаний. В этом случае на измерение не будут оказывать влияние инерция так называемой эффективной массы и трение, жидкости (при условии, что камера манометра и соединительная система целиком заполнены соответствующей жидкостью и не содержат пузырьков газа, обладающих сжимаемостью). Сигнал, снимаемый с выхода датчика, мал, и, для того чтобы его можно было вывести на регистрирующие устройства, он должен быть предварительно усилен при помощи электронных усилителей.

Непрямые методы. Основным прибором для непрямого измерения артериального давления в клинике служит сфигмоманометр, сконструированный Рива–Роччи. Как правило, артериальное давление измеряется на плече исследуемого, находящегося в сидячем или лежачем положении. Одним из элементов сфигмоманометра служит надувная резиновая манжета, у наружной поверхности которой прикреплен слой нерастяжимой ткани. Для накачивания воздуха в манжету используется ручная груша, а для выпуска воздуха–клапан; таким образом, давление в манжете можно установить на любом уровне и измерить при помощи соединенного с ней ртутного или мембранного манометра.

При использовании аускультативного метода Короткова на плечевую артерию в области локтевого сгиба (дистальнее манжеты) накладывают стетоскоп, и о систолическом и диастолическом давлении судят по характерным звукам (рис. 20.44). При этом в манжете создают давление выше предполагаемого систолического давления у исследуемого; в результате плечевая артерия полностью сдавливается и кровоток в ней прекращается. Затем, открывая клапан, начинают медленно понижать давление в манжете. Когда давление в манжете становится ниже систолического, появляются короткие, четкие тоны, сопровождающие каждый пульсовый удар (тоны Короткова). Эти тоны возникают в тот момент, когда максимальное систолическое давление преодолевает давление в манжете и кровь проталкивается через сдавленную область артерии. По мере дальнейшего снижения давления в манжете тоны сначала становятся громче, а затем либо

Рис. 20.44. Измерение артериального давления у человека по способу Рива–Роччи. Приведена схема наиболее распространенных звуковых явлений (тонов Короткова) при аускультативном методе определения давления. Подробнее см. в тексте

 

остаются постоянными (рис. 20.44, а), либо несколько стихают (рис. 20,44, б). Иногда после начального возрастания амплитуды тонов она временно снижается (так называемый аускультативный провал (рис. 20.44, в), а затем вновь повышается. Диастолическое давление соответствует такому давлению в манжете, при котором тоны начинают резко стихать и быстро исчезают.

По–видимому, тоны Короткова связаны с турбулентным током крови, возникающим из–за повышенной скорости кровотока в суженной артерии под манжетой. Когда давление в манжете лишь несколько меньше систолического, турбулентный кровоток наблюдается в течение короткого промежутка времени, соответствующего систолическому максимуму. По мере дальнейшего снижения давления в манжете время такого кровотока возрастает, занимая весь период систолы. Когда давление в манжете становится незначительно ниже диастолического, артерия еще несколько сдавлена, и кровоток в ней постоянно турбулентный, пока давление в манжете не станет столь низким, что восстанавливается обычный ламинарный ток крови.

При повышении активности сердечно–сосудистой системы (например, при интенсивной физической нагрузке, тиреотоксикозе или недостаточности артериального клапана) тоны Короткова часто сохраняются после того, как начинают стихать; при этом они лишь постепенно ослабевают, но иногда не исчезают вплоть до нулевого давления в манжете. В таких случаях следует учитывать не только систолическое и диастолическое давление, но и давление, при котором тоны исчезают.

Пальпаторный метод позволяет определить только систолическое давление. В этом случае также используется сфигмоманометр Рива–Роччи и определяется давление, при котором пульс на лучевой артерии исчезает при нагнетании воздуха в манжету и снова появляется при выпуске воздуха. Для того чтобы правильно определить артериальное давление по методу Рива–Роччи – Короткова, необходимо, чтобы манжета располагалась на уровне сердца (для исключения влияний гидростатического давления). Кроме того, ширина манжеты должна составлять примерно половину окружности плеча. Для измерения давления у взрослых применяется стандартная манжета шириной 12 см. Если окружность плеча велика или необходимо измерить давление на бедре, следует использовать более широкие манжеты; в педиатрической же практике, напротив, применяют более узкие. В том случае, если манжета мала, для сдавления артерии требуется большее давление, и результаты измерений получаются завышенными; если же манжета широка, то регистрируется заниженное давление. При помощи пружинных манометров можно определить артериальное давление по пульсовым колебаниям, передающимся от артерии на манжету (осциллометрический метод). Когда давление в манжете выше систолического, регистрируются колебания малой амплитуды, связанные с ударами пульсовой волны о сдавленную артерию. Как только давление в манжете становится ниже систолического, просвет артерии начинает на короткое время (во время пика давления) открываться, и амплитуда колебаний возрастает. Максимальные колебания регистрируются при давлении в манжете, примерно равном диастолическому, так как при этом во время систолы просвет артерии открыт, а во время диастолы закрыт. Когда давление в манжете падает еще ниже, просвет артерии уже не закрывается, и амплитуда колебаний быстро падает до некой малой величины, которая впоследствии уже не изменяется.

Сфигмоманометрические методы не позволяют осуществлять постоянную запись давления. Тем не менее при помощи автоматических измерений и записи тонов с использованием микрофонов (или записи изменений кровотока при помощи ультразвуковых датчиков) можно производить повторные измерения через определенные промежутки времени (кратчайший возможный промежуток составляет около 30 с). Поэтому даже этот простой способ можно использовать для изучения изменений давления в течение длительного периода времени.

Измерение венозного давления. В клинике периферическое венозное давление обычно определяют в вене руки, точно на уровне правого предсердия (больной при этом должен лежать). Правое предсердие располагается в грудной клетке примерно на середине расстояния от позвоночника до грудины, т.е. на 10 см выше уровня спины. Периферическое венозное давление в этом случае составляет от 3 до 15 см вод. ст. Что касается центрального венозного давления, то о нем можно судить при помощи следующего приема: больной ложится на бок и свешивает руку; тем самым добиваются того, что вены руки под влиянием

гидростатического давления расширяются и не происходит их гемодинамического разобщения с остальным венозным руслом. При расчете центрального венозного давления делают поправку на гидростатическое давление в исследуемой вене. Давление, измеренное таким способом, примерно на 4 см вод. ст. превышает давление в правом предсердии (это связано с гидродинамическим сопротивлением на участке между веной и сердцем). Для более точного определения центрального венозного давления в правое предсердие вводят катетер с миниатюрным датчиком давления на конце (либо соединенный с электроманометром, расположенным вне организма больного).

О венозном давлении можно приближенно судить по степени наполнения шейных вен. При нормальном венозном давлении шейные вены у сидящего человека находятся в спавшемся состоянии. Если давление превышает 15 см вод. ст., четко определяются наполненные кровью вены нижних отделов шеи; если же венозное давление выше 20 см вод. ст., шейные вены сильно набухают. Еще одним показателем венозного давления служит уровень (по отношению к сердцу), на котором вены кисти или руки спадаются при поднятии руки или наполняются при ее опускании.

Измерение кровотока

Для измерения кровотока используют множество процедур, основанных на самых разных физических принципах. Наиболее важное значение имеют те из общепринятых способов, при которых кровоток измеряется в интактном сосуде.

Электромагнитная флоуметрия. При использовании электромагнитной флоуметрии сосуд помещают между полюсами электрического магнита, так что силовые линии пересекают длинную ось сосуда. Когда кровь, представляющая собой раствор электролитов, проходит через магнитное поле, возникает напряжение, направленное перпендикулярно силовым линиям и кровотоку. Это напряжение можно измерить при помощи электродов, соответствующим образом расположенных на наружной стенке сосуда. Поскольку регистрируемое напряжение в каждый момент времени пропорционально расходу крови, этот метод позволяет подробно изучать пульсирующий кровоток. При помощи вживленных датчиков можно производить длительную регистрацию кровотока в сосудах диаметром от 1 мм и выше, вплоть до аорты.

Ультразвуковая флоуметрия. Этот метод основан на измерении времени прохождения ультразвуковых волн. Сосуд помещают между двумя половинами цилиндрической трубки, с обоих концов которой на противоположных сторонах находятся кристаллы. Эти кристаллы действуют попеременно как источники и приемники ультразвукового сигнала, проходящего через сосуд по диагонали. Время прохождения сигнала в направлении кровотока меньше, чем в обратном направлении; это время измеряют при помощи электронного устройства и по разнице затраченного времени вычисляют объемную скорость кровотока в сосуде. Существует еще один, чрескожный (т. е. не требующий повреждения кожи) ультразвуковой метод определения линейной скорости кровотока в поверхностных сосудах. При использовании этого метода ультразвуковые волны посылают через сосуд в диагональном направлении с помощью одного кристалла, а отраженные волны улавливают другим. В соответствии с эффектом Допплера, когда частицы крови движутся по направлению к воспринимающему кристаллу, частота отраженных волн выше, чем испускаемых передатчиком, и наоборот. Таким образом, разница между исходной и отраженной частотами пропорциональна скорости движения частиц крови.

При использовании аппаратуры, позволяющей одновременно измерить диаметр сосуда, можно также определить объемную скорость кровотока.

Термоэлектрические методы. При помощи методов, основанных на изменениях теплопроводности тканей в зависимости от их кровоснабжения, можно производить длительные измерения относительных колебаний местного кровотока. Для этого используют два термоэлектрических элемента, представляющих собой биполярные электроды. Один из них при помощи электрического тока подогревается до постоянной температуры, немного большей температуры окружающих тканей. Об изменениях кровотока судят по разнице температур между нагретым и ненагретым электродами (температура последнего такая же, как и ткани). При увеличении кровотока эта разница снижается, так как тепло быстрее проводится от нагретого элемента. Оба элемента можно вмонтировать в игольчатый термощуп, позволяющий измерить кожный и мышечный кровоток у человека. В опытах на животных такие термощупы используют также для определения кровотока в миокарде, печени и головном мозге.

непосредственно на принципе Фика, либо на косвенно связанных с ним способах разведения индикатора.

В соответствии с принципом Фика поглощение кислорода легкими (VO₂ ), артериовенозная разница по кислороду (авРO₂ ) и легочный кровоток (Vл) связаны следующим уравнением:

VO₂ = Vл • авРO₂ , или Vл = VO₂ /авРO₂ (21)

На рис. 20.45, А приведен пример расчета сердечного выброса (минутного объема, МО) в состоянии покоя.

В норме у человека легочный кровоток равен системному, поэтому полученные при использовании метода Фика данные можно переносить на выброс левого желудочка. Однако в связи с тем, что содержание кислорода в крови, оттекающей от разных органов, различно,

Окклюзионная плетизмография. При этом методе исследования объемную скорость кровотока в артериях оценивают по тому, насколько увеличивается объем конечности (или части конечности) при прекращении венозного оттока. Для этого конечность помещают в жесткий, герметически закрывающийся сосуд. Выше сосуда на конечность накладывают надувную манжету и создают в ней давление, несколько меньшее диастолического. При этом венозный кровоток прекращается, а артериальный не страдает. В результате объем конечности увеличивается, и это увеличение объема регистрируется. Артериальный приток вычисляют, исходя из скорости нарастания объема конечности в первые моменты исследования. По мере того как вены наполняются кровью, давление в них повышается и через некоторое время превышает давление в манжете, что приводит к восстановлению венозного оттока. С этого момента устанавливается равновесие при новых значениях объема; при этом, если известно венозное давление, можно вычислить растяжимость сосуда (V/P). Измерить изменение объема конечности можно и с помощью более простого метода, поместив вокруг нее датчик растяжения, сигнал с которого пропорционален степени его растяжения, т. е. изменению окружности (а следовательно, и объема) конечности.

Измерение сердечного выброса у человека. Сердечный выброс у человека можно измерить при помощи непрямых методов, не требующих каких–либо серьезных хирургических процедур. Эти методы основаны либо

 

 

Рис. 20.45. Схема измерения сердечного выброса по способу Фика (А) и методу разведения индикатора (Б). В случае Б вычисляется минутный объем плазмы (МОП); учитывая, что гематокрит равен примерно 45%, общий сердечный выброс составляет около 6500 мл/мин

 

венозную кровь следует забирать при помощи катетера из легочной артерии, где она уже полностью перемешалась. Сердечный выброс можно измерять аналогичным образом, используя в качестве индикатора СO₂ или небиологические газы – ацетилен, закись азота и т.д.

При использовании так называемых методов разведения в кровь как можно быстрее (а не постепенно, как при поглощении O₂ по способу Фика) вводят определенное количество какого–либо индикатора –красителя, радиоактивного вещества, холодной жидкости и т.п. Концентрация индикатора в сосуде, расположенном «ниже» (по току крови) от места введения, отражает величину объема крови, в котором этот индикатор растворился и был перенесен к месту забора пробы. Содержание индикатора можно определить при помощи специальных кювет, через которые течет кровь, или путем быстрых заборов крови;

можно также производить фотоэлектрическую запись без забора крови. В результате получают кривые разведения, обладающие некоторыми важными характеристиками (рис. 20.45, Б). Момент введения индикатора–это как бы точка отсчета (время введения, ВВ). После латентного периода (ЛП) концентрация индикатора в месте забора крови начинает повышаться, достигая первого пика Cmax1 (время концентрации, ВК). Таким образом, время достижения первого пика (ВПП) равно ЛП + ВК. Затем концентрация индикатора экспоненциально снижается, но через некоторое время наступает его рециркуляция (повторное поступление из различных сосудистых областей), и на кривой появляются новые пики концентрации. Время между первым и вторым пиками называется временем рециркуляции (ВРц). Для определения сердечного выброса необходимо получить кривую без рециркуляции, т.е. экстраполировать ее нисходящую часть. Это довольно просто осуществить графически, изобразив нисходящую часть кривой в логарифмическом масштабе. При этом нисходящая часть превращается в прямую линию; продолжая ее до пересечения с горизонтальной осью, получают так называемую первичную кривую, т.е. кривую, которая была бы записана в отсутствие рециркуляции. Расстояние между первым пиком и точкой пересечения нисходящей части кривой с осью абсцисс соответствует времени разведения (ВРа). Сумма ВК и ВРа равна времени пассажа (ВП).

Среднее время циркуляции (СВЦ), т.е. среднее время, необходимое для переноса всех частичек индикатора от места введения до места забора пробы, определяют как усредненное по времени значение интегрированной площади поверхности под первичной кривой. Для вычисления средней концентрации (Сcр) ту же величину усредняют по концентрации.

Вычисление объема крови Vc в котором растворяется и переносится от места введения до места забора пробы известное количество индикатора (И), производится следующим образом:

		∞
Vc=	И/	(∫	• C Δt ) (22)
		0

 

Знаменателем этой дроби является интеграл, равный площади под кривой зависимости концентрации от времени, соответствующей площади под первичной кривой. На практике эту площадь определяют при помощи планиметра или путем сложения площадей маленьких прямоугольников с одинаковым основанием t. В последнем случае величина площади под кривой равна

 

Vc=

И/

(∑• C Δt ) (23)

 

При внутривенном введении индикатора и измерении его среднего содержания в артериальной крови «сердечный выброс (минутный объем) плазмы» (МОП на рис. 20.45, Б) можно вычислить следующим образом:

 

V (мл/мин) = И • 60/(Сcр • ВП). (24)

 

Отсюда, делая поправку на гематокрит, рассчитывают общий сердечный выброс. В качестве индикатора часто используют синьку Эванса, а также индоциановый зеленый, который уже после первого прохождения через печень удаляется из кровотока, благодаря чему исследование можно повторять через небольшие интервалы времени. При помощи ЭВМ можно рассчитывать сердечный выброс непосредственно по кривым разведения индикатора.

Одним из вариантов метода разведения является термодилюция. В этом случае индикатором служит небольшое количество плазмы или солевого раствора, охлажденного до комнатной температуры; «изменение концентрации» на месте измерения представляет, по существу, изменение температуры. Подобные исследования можно быстро повторять, так как рециркуляции при этом методе нет.

Измерение времени кровотока. Исходя из латентного периода (ЛП) и среднего времени циркуляции (СВЦ) по кривым разведения, можно достаточно точно определить время кровотока между двумя точками сосудистой системы. Использование внутрисосудистых катетеров позволяет измерять время частичного кругооборота почти в любых отделах кровеносного русла. Существуют следующие показатели времени кровотока для здоровых взрослых людей: ЛП рука–ухо 8–12 с, ЛП легкие–ухо 3–5 с, ЛП рука–легкие 5–7 с, СВЦ рука–ухо 14–26 с. Время полного кругооборота–это время, за которое индикатор возвращается к месту введения.

Время кровотока в участках магистральных сосудов позволяет судить о сердечном выбросе: чем больше линейная скорость кровотока, тем больше объемная скорость, и наоборот. В периферических же сосудах это взаимоотношение не столь определенно, так как просвет этих сосудов может очень широко варьировать.

В клинике для определения времени частичного кругооборота обычно вводят внутривенно вещества, обладающие запахом или вкусом. Так, время кровотока от вены руки до капилляров легких можно приближенно оценить путем введения эфира; при выдыхании этого вещества улавливается характерный запах. Точно так же измеряют время кровотока при введении в вену руки дехолина или сахарина: когда вещество достигает языка (через 10–15 с после введения), человек ощущает горький или сладкий вкус. Однако такие методы весьма сомнительны; так, время появления в выдыхаемом воздухе эфира зависит от дыхательного цикла, и в любом случае возможна ошибка, связанная с индивидуальными различиями в пороге субъективного ощущения индикатора.

Измерение объема крови

Индикаторы можно использовать также для измерения объема крови в сердечно–сосудистой системе. Для этого определенное количество индикатора (И), взвешенного или растворенного в известном объеме жидкости V1, вводят в кровь. После того как индикатор равномерно распределится в кровеносном русле, определяют его конечную концентрацию Сk (рис. 20.45, Б). Поскольку величиной V1 обычно можно пренебречь, объем плазмы составляет

 

V = И/Сk(или V + V1 = И/Сk). (25)

 

При использовании этого метода необходимо соблюдать следующие основные условия: во–первых, для равномерного распределения индикатора он должен достаточно долго находиться в крови; во–вторых, следует учитывать скорость выведения индикатора. Для точного измерения общего объема крови (плазмы и форменных элементов) необходимо использовать не только индикатор, растворяющийся в плазме, но также индикатор, связывающийся с эритроцитами. Общий объем крови можно также определить, исходя из объема плазмы и гематокрита, однако этот способ менее точен.

Для определения объема плазмы используют такие индикаторы, как синька Эванса (Т1824) и меченные изотопами белки плазмы. Для измерения же объема клеточных элементов можно вводить эритроциты, меченные ⁵⁹Fe, ³²Р или ⁵¹Cr.