Экспресс-диагностика нарушений венозной системы нижних конечностей с помощью импедансометрии

Экспресс-диагностика нарушений венозной системы нижних конечностей с помощью импедансометрии

Лавров Л М

Аннотация

Предложена упрощенная экспресс-диагностика оценки функционирования системы кровообращения нижних конечностей при хронической венозной недостаточности. Показана возможность выявления несостоятельности венозных клапанов и определения эффективности действия мышечной помпы с использованием импедансометра без применения плетизмографа и окклюзионной манжеты.

Хроническая венозная недостаточность нижних конечностей (ХВН) – синдром, основной причиной которого является обратный ток крови (рефлюкс) в магистральных венах, инициирующий венозную гипертензию и каскад патологических изменений на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях. Хроническая венозная недостаточность является следствием нарушений функционирования вен преимущественно нижних конечностей, и относится к категории симптоматических заболеваний, диагностика которых осуществляется, в основном, на основании клинических признаков. Появление этих признаков соответствует различным стадиям заболевания, которое может продолжаться в течение длительного периода.

Разнообразие форм проявления и причин возникновения ХВН существенно усложняет диагностику и процесс лечения этого заболевания. Одной из характерных особенностей ХВН, по мнению автора работы [1], являются поздние обращения к врачам и запущенность форм, что связано с длительным латентным периодом патогенеза и возникновением клинических признаков на поздних стадиях развития заболевания. Кроме того, существует ряд других заболеваний нижних конечностей, отличающихся от ХВН по этиологии, но имеющих схожие с ним клинические признаки. Так, мышечные боли при ходьбе и трофические язвы на ногах могут быть последствиями облитерирующего атеросклероза или следствием поражения периферической нервной системы (алкогольная или диабетическая полиневропатия).

Нормальное функционирование вен нижних конечностей основано на сочетании действия внешних сил, обусловленных давлением мышц на стенки вен (мышечная помпа) и приводящих к их сжатию, с односторонней проводимостью действия клапанов, обеспечивающих движение крови по глубинным венам в область малого таза и не позволяющих обратному возврату крови, называемым венозным отливом. По назначению и принципу действия венозные клапаны аналогичны сердечным клапанам и отличаются от последних отсутствием сухожильных связок. В условиях нормально функционирующих вен клапаны благодаря эластичности их створок полностью открываются при достаточно низкой скорости движения крови, а в отсутствии избыточного давления, создаваемого мышечным насосом, быстро закрываются.

Несостоятельность венозных клапанов является одной из главных причин возникновения венозной гипертензии, лежащей в основе ХВН. По данным исследований, приведенных в [2], в 80 процентах случаев причиной возникновения венозной гипертензии являются органические изменения в клапанах. Эти изменения включают растяжение и разрывы клапанов, утончение их стенок и прилипание листков клапанов к внутренним стенкам вен. Несостоятельность венозных клапанов также возникает при снижении упругости стенки вен, приводящей к значительному увеличению их диаметра под действием венозного давления в процессе высоких физических нагрузок. При этом створки клапанов не в состоянии перекрыть все сечение сосуда и предотвратить возможность обратного возврата крови. Другой причиной их несостоятельности может быть тромбоз или наличие сгустков крови в карманах, окружающих венозные клапаны и препятствующих их закрыванию. Функционирование клапанов нарушается также за счет изменения соотношения калогена и эластина при структурной перестройке ткани, а также и при их кальцинизации, приводящей к потере эластичности створок. Вследствие этих процессов происходит снижение эффективности действия мышечно-венозной помпы, осуществляющей прокачку крови по венам.

В процессе развития ХВН происходит гибель клапанов мышечных и коммуникантных, а затем и подкожных вен. При этом, в процессе сокращения икроножных мышц кровь по ригидным глубоким венам выталкивается в трех направлениях: к сердцу (нормальный путь), ретроградно в сторону стопы (вертикальный патологический рефлюкс), через перфорантные и коммуникантные вены в подкожные вены (горизонтальный патологический рефлюкс). Это приводит к гипертензии венозного русла, варикозному расширению подкожных вен с возникновением последующих признаков в виде гиперпигментации кожи и образования язв.

Выявление ХВН на начальной стадии развития возможно только путем проведения биохимических исследований состояния иммунной системы и характера метаболизма, а также при исследовании структуры венозной стенки. На более поздних стадиях заболевания происходят изменения гемодинамики в периферических сосудах ног, которые выявляются инструментальными методами. Для количественной оценки периферического кровообращения в конечностях широко применяется венозная окклюзионная плетизмография [3, 4]. Метод основан на определении скорости изменения объема венозного русла ног после временного прекращения венозного оттока с помощью манжеты, наполненной воздухом. Этот метод позволяет измерять объемную скорость кровотока, величину сосудистого сопротивления и венозный объем в области наложения датчика. Для измерения объема исследуемого участка конечности используются датчики различного типа (воздушные датчики, ртутные – резиновые датчики, тензодатчики) Однако, как указывается в работе [3], эти датчики имеют низкую чувствительность, получаемые с их помощью данные часто носят противоречивый характер, что может быть связано с несовершенством аппаратуры и неверным представлением биофизических основ применяемых методик.

На Западе в последнее время для определения характера венозных нарушений при ХВН медики используют фотоплетизмографическую (photoplethysmography (PPG)) методику [5],. Ключевым параметром, определяемым с помощью этой методики, является венозный индекс наполнения, который определяется временем наполнения 90% венозного объема ног после перехода тела из горизонтального положения в вертикальное или в процессе движения ногами. Наполнение венозного русла измеряется с помощью фотодатчиков по изменению коэффициента рассеяния света в вене в процессе ее кровенаполнения. Для более детального исследования и локализации мест нарушения венозного русла используются дополнительные жгуты, накладываемые на различные участки бедра или голени.

Для контроля за венозным наполнением нижних конечностей можно применять импедансную методику. Благодаря высокой чувствительности этой методики к изменению венозного кровенаполнения нет необходимости использовать окклюзионную манжету. В этом случае изменение венозного давления можно реализовать за счет действия мышечной помпы в процессе движения ног или за счет изменения положения тела, используя фактор гравитации. При этом отпадает необходимость в точном количественном измерении величины базового импеданса, поскольку измеряемой величиной выступает время наполнения вен, определяющее венозный индекс наполнения.

На наш взгляд, применение импедансого метода измерения для определения венозного индекса наполнения предпочтительно благодаря простоте и надежности измерений.

Методика измерений. Для проведения экспресс-диагностики состояния венозной системы нижних конечностей использовался измеритель импеданса, принцип работы которого основан на преобразовании сопротивления в частоту. Описание конструкции прибора и его параметры описаны в работе [6]. Отличительной особенностью данного прибора является высокая чувствительность и широкий диапазон измерений величины импеданса Z0 при сохранении высокого соотношения сигнала к шуму, что позволяет использовать электроды небольших размеров без применения специальной токопроводящей пасты.

В данной работе приведены результаты исследований изменения величины базового импеданса между пальцами ног добровольцев в процессе движения и при перемещении положения туловища. Измерение величины импеданса велось с использованием двух кольцевых электродов, сделанных из латуни. Наиболее удобным местом подключения электродов, по данным наших исследований, являются второй и третий пальцы ноги. В процессе измерения на экране компьютера воспроизводятся сигналы: форма пульсовой волны, дифференциальная форма пульсовой волны и текущее значение базового импеданса в единицах Ом. Регистрируемое в процессе измерений динамическое значение импеданса отображается в виде сигнала, амплитуда которого отображается на графике в единицах вольта (В). Для определения величины изменения импеданса Z в стандартных единицах (Ом) необходимо умножить величину изменения напряжения в (мВ) на переводной коэффициент 0, 33 Ом/мВ. Так, если в процессе воздействия на измеряемый орган изменение амплитуды сигнала составляет 100 мВ, то это соответствует изменению Z на 33 Ом.

Результаты исследования. Эффективность работы венозно-мышечной помпы и значение венозного индекса наполнения оценивалась в положении стоя в процессе 5-10 подъемов исследуемого человека на носках ног. При этом производилась запись изменения величины Z в процессе движений и после окончания подъемов при неподвижном положении ног. В зависимости от состояния венозных клапанов характер изменения величины Z в процессе движений может быть различным. При нормальном функционировании венозных клапанов в процессе движений ног значение импеданса увеличивается на величину свыше 30 Ом и регистрируемый сигнал растет, как это показано на рисунке 1. При этом обычно значительный рост сигнала наблюдается в процессе 5-7 движений, а при дальнейшем увеличении числа движений значение Z существенно не изменяется. После прекращения движений величина импеданса плавно снижается в течении 50-100 сек. Снижение амплитуды сигнала после окончания движений ног связано с наполнением вен за счет артериальной составляющей и венозного отлива.

Рисунок 1. Характер изменения величины импеданса Z между вторым и третьим пальцами левой ноги в процессе и после подъема на носки у добровольца К (30 лет) без признаков ХВН

Если при первой серии из 5 движений значение импеданса увеличивается на величину ~ 30 Ом, то при повторных подъемах туловища, выполненных через промежуток времени, меньший времени венозного наполнения, величина Z увеличивается на меньшее значение (~6 Ом) из-за снижения эффективности действия мышечного насоса.

Рисунок 2. Изменение сопротивления между пальцами левой ноги добровольца К (30 лет) без признаков ХВН в процессе и после 5 движений (подъем на носках ног)

Поскольку в процессе измерений основные параметры цепи (сопротивление кожи, расстояние между электродами и т. д.) остаются неизменными, то индекс венозного наполнения будет определяться только объемом венозного русла нижних конечностей и значением артериальной и венозной составляющей кровотока. Исходя из данных [5], объем вен ноги ниже колена в норме составляет 100-150 мл. При этом в норме объемная скорость венозного наполнения, обусловленная, в основном, артериальной составляющей притока крови по данным работы [5] равняется 2 мл/сек, что определяет время наполнения вен 50-75 сек. Это хорошо согласуется с результатами измерения венозного индекса наполнения у здорового добровольца, составляющим величину ~ 70 сек (рисунок 1).

В условиях несостоятельности клапанов поверхностных и коммуникантных вен объемная скорость наполнения венозного русла определяется, в основном, венозным возвратом и по данным [5] составляет 7-12 мл/сек. В начальной стадии ХВН объем венозного русла существенно не увеличен и время его наполнения составляет 20-25 сек. По мере развития ХВН скорость венозного возврата увеличивается, достигая величины 30 мл/сек при вертикальном патологическом рефлюксе. Несмотря на значительное увеличение объема венозного русла до 300-500 мл при варикозном расширении вен, время венозного наполнения находится на уровне 10-15 сек. Указанные значения венозного индекса наполнения венозного русла являются ведущим параметром при оценке венозного кровообращения и при определении стадии ХВН.

На рисунке 3 приведен характер изменения величины импеданса в процессе вставания на цыпочки больного Л. с отечно-болевой формой ХВН без явных признаков варикозного расширения вен.

Рисунок 3 Изменение сопротивления между пальцами левой ноги добровольца Л (64 года) с признаками ХВН в процессе и после 5 движений (подъем на носках ног)

Как видно на рисунке 3 изменение напряжения в процессе движений ноги составило 60 мВ, что соответствует изменению сопротивления в межэлектродной области на 20 Ом, а величина индекса венозного наполнения равна ~ 20 сек. Такая величина индекса венозного наполнения указывает на возможность несостоятельности клапанов как поверхностных, так и глубоких вен. Пониженная величина изменения сопротивления ткани в процессе движения ног свидетельствует о снижении эффективности действия мышечной помпы, что характерно для ХВН.

Наиболее сложным разделом диагностики ХВН является дифференцирование венозных нарушений по структуре вен и локализация дефектов. При использовании оклюзионной плетизмографии локализация венозных нарушений осуществляется с помощью нескольких манжет, накладываемых на различные участки ног. Эта процедура требует много времени и не всегда дает правильный результат. Как будет показано ниже, использование импедансного метода и простые тесты в виде движения ног и перемещения туловища в вертикальном направлении позволяет выявить характер нарушений и классифицировать их по структуре вен. Это возможно благодаря тому, что характер и форма сигналов, регистрируемые в процессе движений ног, в значительной степени зависят от места нарушений и функционального назначения пораженных вен. Так, при недостаточности клапанов только поверхностных вен сброс венозной крови в область периферических сосудов будет происходить в небольшом объеме и только при первых движениях ног. При недостаточности клапанов поверхностных вен динамическое значение Z может снижаться в процессе первых движений ноги (рисунок 4). Это отмечается в виде сигнала отрицательной направленности, когда значение импеданса становится ниже базового значения. В процессе дальнейших движений ног рефлюкс замедлится и начнется снижение венозного давления в периферических сосудах за счет присасывающего действия глубоких вен, выброс крови из которых в сторону сердца будет существенно превышать обратный противоток. Хотя при этом эффективность мышечного насоса снижается, в процессе продолжительного движения мышц ноги происходит снижение венозного давления в периферической области.

Рисунок 4. Характер изменения импеданса в процессе движения ноги при возможной несостоятельности клапанов поверхностных вен

В случае нарушений работоспособности клапанов коммуникантных вен в процессе движения обратного сброса (рефлюкса) венозной крови в периферические сосуды может не происходить, но эффективность мышечного насоса будет снижена из-за более быстрого возврата крови из глубоких вен в поверхностные вены, что является наиболее частой причиной варикозного процесса (рисунок 5). При этом индекс венозного возврата будет определяться количеством не функционирующих клапанов.

Рисунок 5. Характер изменения импеданса в процессе движения ноги при возможной несостоятельности клапанов комуникантных вен.

При одновременной несостоятельности клапанов поверхностных и коммуникантных вен эффективность действия мышечного насоса резко снижается (рисунок 6) за счет значительного объема венозной крови, поступающего из глубоких вен в поверхностные вены в процессе мышечного сокращения.

Рисунок 6. Характер изменения импеданса в процессе движения ноги при возможной несостоятельности клапанов поверхностных и комуникантных вен.

При значительном нарушении функционирования клапанов и при вертикальном патологическом рефлюксе действие мышечного насоса может вызывать не уменьшение, а увеличение венозного давления в периферических сосудах в процессе движения ног (рисунок 7), что и приводит к венозной гипертензии.

Рисунок 7. Характер изменения импеданса в процессе движения ноги при наличии рефлюкса венозной крови из глубоких вен

Таким образом, по характеру изменения величины импеданса, регистрируемого в процессе вставания на цыпочки, уже можно судить о месте возможной локализации нарушений венозной системы.

В случае несостоятельности венозных клапанов из-за резкого увеличения диаметра вен эффективность мышечного насоса может быть повышена путем сдавливания сосудов с помощью эластичного бинта или тугой повязки, охватывающей голень. На рисунках 8(А, В, В) показано влияние давления в манжете, накачиваемой воздухом, на характер изменения импеданса в процессе пяти подъемов на носки ног.

Рисунок 8 (А). Давление в манжете отсутствует

Б) Давление в манжете 50 мм рт ст

В) Давление в манжете 100 мм рт ст

Рисунок 8(А, Б, В). Влияние величины давления воздуха в манжете, одетой на голень, на эффективность мышечного насоса и на скорость венозного оттока.

Как видно из приведенных реограмм, при давлении воздуха в манжете равном венозному, эффективность мышечного насоса существенно выросла, а время венозного отлива резко увеличилось, что свидетельствует о восстановлении функции венозных клапанов.

В случае, если время наполнения венозного русла существенно превышает 75 сек, то можно предположить наличие облитерирующего атеросклероза сосудов нижних конечностей, что требует дополнительных реографических измерений. При этом подтверждением наличия атеросклероза может быть низкая величина пульсовых волн, регистрируемых на различных участках конечностей

Индекс венозного наполнения может снижаться также в случае тромбоза глубоких вен или тромбофлебита [5]. В этих случаях время наполнения вен уменьшается из-за возможного снижения объема венозного русла, заключенного между посткапиллярной областью и тромбом. Для проверки прямой и обратной проводимости сосудов венозного русла можно провести ортостатическую пробу. В норме, по данным [5], в случае перехода из вертикального положения тела в горизонтальное, должно наблюдаться достаточно быстрое (в течение 3-5 сек) увеличение Z, а при обратном переходе из горизонтального положения в вертикальное время снижение Z должно происходить в течение не менее 40 сек. Для снижения помех от движения мышц и действия мышечного насоса эту пробу желательно производить с помощью ортостатического стола.

С целью более детального исследования пропускной способности различных отделов венозного русла ног можно использовать простые тесты. Для проверки пропускной способности поверхностных вен в положении сидя производят измерение сопротивления ткани между пальцами ноги при поднятой до уровня стула и опущенной на пол ноге. В норме при отсутствии ХВН после опускания ноги на пол будет происходить уменьшение импеданса (рисунок 9, верхняя кривая), а при подъеме ноги – увеличение Z. При этом о пропускной способности вен можно судить по крутизне наклона кривой изменения импеданса ткани после смены положения ноги. Эту операцию необходимо проводить без напряжения мышц ноги, поднимая ногу руками самим пациентом или с помощью другого человека с использованием матерчатой ленты или полотенца, подложенного под голень.

Оценку состояния клапанов глубоких вен можно провести в процессе перехода из положения сидя в положение стоя. В норме (рисунок 9, нижняя кривая), в процессе перехода из положения сидя в положении стоя значение Z в небольших пределах медленно снижается, а при переходе из положения стоя в положение сидя также медленно увеличивается. В случае несостоятельности клапанов глубоких вен при вставании должно наблюдаться быстрое снижение величины Z за счет отлива крови в периферические сосуды из венозного отдела малого таза.

Рисунок 9. Характер изменения во времени амплитуды сигнала (величины Z) при смене положения ноги (верхняя кривая) и при смене положения туловища (нижняя кривая) добровольца К (30 лет) без признаков ХВН.

О наличии венозной гипертензии ног можно судить по величине Z0, измеряемой между пальцами одной из ног. Наличие венозной гипертензии приводит к снижению величины Z0 как за счет увеличения объема периферических сосудов венозного русла, так и за счет увеличения содержания межклеточной жидкости. При этом необходимо учитывать, что величина межпальцевого импеданса сильно зависит от индивидуальных параметров организма (толщины и влажности кожи, наличия жировой ткани), от площади электродов и расстояния между ними. Для снижения влияния индивидуальных параметров организма на результаты измерений целесообразно проводить оценку вклада в импеданс венозной компоненты по отношению к близким по параметрам участков тела. Для этого можно проводить сравнение импеданса пальцев ног с импедансом между четвертым и пятым пальцами одной из рук. При этом электроды должны находиться на ближних к кисти фалангах пальцев руки с тем, чтобы расстояние между электродами было приблизительно равным расстоянию между ними на ноге. При соблюдении равенства геометрических факторов размещения электродов различие в величинах импеданса будет являться маркером наличия или отсутствия венозной гипертензии. Так, к примеру, сопротивление между вторым и третьим пальцами левой ноги Л. с признаками ХВН отечно-болевой формы в различное время изменялось от 275 Ом до 300 Ом. При этом сопротивление между теми же пальцами его левой руки составляло величину 530 -580 Ом.

Заключение

Использование достаточно простого регистратора величины импеданса позволяет оперативно проводить оценку состояния венозного русла нижних конечностей, определять эффективность работы мышечно-венозной помпы и выявлять несостоятельность венозных клапанов при хронической венозной недостаточности. Для этих измерений не требуется окклюзионной манжеты и плетизмографа.

Применяя простые физические пробы, можно качественно оценить структуру венозных нарушений и определить пропускную способность вен. С помощью описанной методики измерений можно оценивать эффективность применения различных медикаментозных средств на состояние венозного кровообращения в конечностях, а также опытным путем определить оптимальное давление на кожу эластичных бинтов, используемых для повышения эффективности работы мышечно-венозной помпы при варикозном расширении вен.

Полученные с помощью данной методики результаты измерений могут быть использованы только в качестве предварительной информации и должны быть верифицированы другими апробированными методами измерений, применяемыми для исследования состояния венозного русла.

Литература

1. С. Варикозная болезнь - современное состояние старой хирургической проблемы. Анналы хирургии, №2 стр3. 1999г

2. Robert T. Eberhardt, MD; Joseph D. Raffetto, MD. Chronic Venous Insufficiency. Circulation, 2005;111;2398-2409

3. Л. Н, Сазонова. Возможности и перспективы оценки регионарной гемодинамики в клинике.-Тер. арх, 1985, Т. 57, №2, с.111-113.

4. Н. М, Мухарлямов, , . Исследование периферического кровообращения с помощью автоматизированной окклюзионной плетизмографии.- Тер. арх., 1981,Т. 53, №12, с. 3-6.

5. A. N. Nicolaides. Investigation of Chronic Venous Insufficiency : A Consensus Statement. Circulation is published by the American Heart Association. 7272 Greenville Avenue, Dallas, TX 2000;102;e126-e163

6. А.V. Bessarab, L. М. Lavrov, Equipment for real-time bioimpedance diagnostics of the functional state of human organism. 13th International Conference on Electrical Bioimpedance and the 8th Conference on Electrical Impedance Tomography, Graz, Austria August 29 – September 2, 2007