Интегральная оценка водного баланса организма у больных в фазе скрытой декомпенсации травматического шока

ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВОДНОГО БАЛАНСА ОРГАНИЗМА У БОЛЬНЫХ В ФАЗЕ СКРЫТОЙ ДЕКОМПЕНСАЦИИ ТРАВМАТИЧЕСКОГО ШОКА

THE INTEGRAL EVALUATION OF BODY FLUID BALANCE

IN PATIENTS IN THE LATENT DECOMPENSATION PHASE OF TRAUMATIC SHOCK

Гураль К.А. Бразовский К.С. Тестов А.Л. Дмитриев Е.П. Протасов Е.Ю.

Сибирский государственный медицинский университет, ММЛПУ «Городская больница № 1», г. Томск, Россия

Gural K.A. Brazovsky K.S. Testov A.L. Dmitriev E.P. Protasov E.Y.

Siberian state medical university, City hospital № 1, Tomsk, Russia

Поддержание объема циркулирующей крови на определенном уровне является одним из важнейших условий доставки кислорода и питательных веществ к тканям и органам организма. Для экстренных случаев (режим скорой помощи), когда пострадавший в шоке и требуется быстро и на качественном уровне оценить состояние водного баланса, авторами предложен способ оценки распределения жидкости по секторам путем вычисления мощности спектра реограммы в двух диапазонах: низкочастотном и высокочастотном (от 0,3 до 2 Гц). Отношение двух этих величин характеризует (на качественном уровне) распределение жидкости по секторам. Для оценки динамики водного баланса этого достаточно. Проведенное исследование у 36 пациентов с использованием предложенного способа показывает возможность определения перераспределения жидкости в режиме реального времени.

Ключевые слова: циркулирующая кровь, водный баланс, реограмма.

Maintenance of circulating blood volume at the definite level is one of the most important conditions for delivery of oxygen and nutrients to the body's tissues and organs. For the extreme cases (emergent aid mode) when a patient has shock, and the quick and qualitative evaluation of fluid balance state is required, the authors offer a method for evaluation of fluid distribution by the sectors using the calculation of spectrum power of a rheogram in 2 bands: low-frequent and high-frequent (0,3-2 Hz). The ratio of two variables characterizes (at the qualitative level) fluid distribution by the sectors. It is enough for the evaluation of dynamics of fluid balance. The conducted study of 36 patients with the offered method demonstrates the ability for definition of fluid redistribution on a real-time basis.

Key words: circulating blood, fluid balance, rheogram.

Поддержание объема циркулирующей крови на определенном уровне является одним из важнейших условий доставки кислорода и питательных веществ к тканям и органам организма. Снижение ОЦК более чем на 20 % не может компенсироваться организмом, в результате чего артериальное давление проявляет устойчивую тенденцию к снижению, и увеличивается частота сердечных сокращений. Конечным результатом всех этих процессов является циркуляторная недостаточность, что приводит к полиорганной недостаточности, которая может явиться причиной смерти больного [1, 2, 3]. В этих условиях нарушения водного баланса очень трудно поддаются коррекции, а их диагностика сложна.

Для комплексной оценки компонентов вегетативного гомеоста-за мы применяли разработанный

нами, совместно с сотрудниками кафедры биомедкибернетики Сибирского государственного медицинского университета, прибор автоматизированного контроля показателей вегетативной нервной системы гематокрита и водного баланса в реальном времени (патент на полезную модель 54750, приоритет от 17 мая 2005 года), основанный на одновременном измерении электрической активности сердца (ЭКГ), электрического импеданса тела (интегральная ре-ография) на двух частотах и автоматизированной ритмографиче-ской программе «ПОЛИГРАФ» с использованием компьютера типа IBM РС.

Возможность получать методом двухчастотной биоимпедансометрии неинвазивно и быстро, в течение 3-5 минут, с электродов на запястьях оценку общей и внеклеточной

жидкости организма создает реальность построения клинической технологии контроля гидратации тканей пациента непосредственно в процедуре инфузионно-трансфу-зионной терапии и других воздействий, влияющих на гидратацию и баланс водных секторов.

Принцип устройства заключается в том, что при пропускании стабильного тока через биологический объект на нем возникает падение напряжения, пропорциональное импедансу тела, т.е. падение напряжения на теле модулируется изменениями сопротивления исследуемого объекта. Для выделения полезного сигнала из амплитудно-модулированно-го, снимаемого непосредственно с электродов, в структурную схему необходимо ввести блок детектирования сигнала. При амплитудной модуляции в качестве демодуля-

торов находят применение амплитудные или фазочувствительные детекторы. Величина импеданса тела человека лежит в пределах 100-600 Ом, величина амплитуды реограммы составляет 0,05-0,1 Ом. Очевидно, что напряжение с биообъекта необходимо усилить, а также отфильтровать фильтром низких частот (ФНЧ). Учитывая, что частотный спектр реограммы расположен в диапазоне 0,3-30 Гц, реоплетизмограммы — в пределах 0,5 Гц, верхнюю частоту фильтра, во избежание фазовых искажений, устанавливают в пределах 30-40 Гц.

Для построения многоканальных биоимпедансных исследовательских систем (БИИС) используют разделение каналов, так как одновременная синхронная регистрация импеданса тела человека позволяет получить информацию о распределении жидкости в организме по секторам. Кроме того, при измерении относительных изменений импеданса — реограммы — на разных частотах можно следить за изменением показателя гемато-крита. Чаще всего такие системы основаны на частотном, гальваническом или временном разделении каналов.

Гальваническое разделение каналов увеличивает количество электродов, прикладываемых к биообъекту (БО), а также не позволяет исключить взаимовлияние каналов через БО и не обеспечи-

вает полной сопоставимости получаемых результатов. Аппаратура с временным разделением каналов (ВРК) также имеет свои особенности, главной из которых является импульсная форма сигнала и, как следствие, немонохроматический спектральный состав зондирующего тока.

Взаимодействие тока со сложным спектральным составом и импедансом системы электрод — биообъект — электрод, модуль и аргумент которого зависят от частоты, очевидно, может сопровождаться частотно-фазовыми искажениями входных сигналов и может явиться причиной увеличения погрешности реографических измерений. Частотное разделение каналов, предусматривающее смешение колебаний с генераторов разных частот, а затем выделение из измеренного сигнала информативных составляющих для каждой частоты, позволяет избежать усложнения схемы и не вносит дополнительной погрешности, как при гальваническом или временном разделении каналов. Получение величины импеданса тела для каждой частоты возможно с помощью различных фазочувстви-тельных детекторов, в частности, синхронных.

Поскольку при проведении измерений сопротивления тканей между измерительными электродами и информативным параметром является активная составляющая, то их применение позволяет полнос-

тью исключить влияние различных реактивных составляющих, как в измерительных цепях, так и в межэлектродном пространстве. Применение синхронного детектора (в отличие от обычного) улучшает отношение сигнал/шум и делает ре-ографический канал практически нечувствительным к сетевой помехе (рис. 1.).

Синусоидальные колебания частотой 30 и 300 кГц с генераторов Г1 и Г2, соответственно, поступают на источник стабильного тока (ИСТ), с которого затем зондирующий переменный ток постоянной амплитуды и частоты подается на электроды, подключенные к биообъекту. Напряжение с электродов, пропорциональное сопротивлению тела человека, поступает на вход детекторов СД1 и СД2 (инструментальные усилители), с помощью которых усиливается и детектируется (выделяет полезный сигнал, «привязанный» к общей земле). С выходов детекторов выделенные сигналы поступают на входы фильтров нижних частот Ф1 и Ф2, где происходит фильтрация и дополнительное усиление сигналов, пропорциональных переменным составляющим сопротивления на низкой (порядка 30 кГц) и высокой (300 кГц) частотах. С выходов фильтров Ф1 и Ф2 сигналы поступают на вход аналогово-цифрового преобразователя, затем в цифровом формате — в микроконтроллер МК. С вы-

Рис. 1

Структурная схема многоканальной системы для оценки состояния человека при тяжелых травмах и во время операций. Г1 и Г2 - задающие генераторы; ИСТ - источник стабильного тока; БЗП - блок безопасности пациента; ИУ - инструментальный усилитель; СД1, СД2 - синхронные детекторы для двух каналов; АЦП 1, АЦП 2, АЦП З - аналого-цифровые преобразователи; МК - микроконтроллер; ПК - персональный компьютер.

№ 2 [май] 2007

47

хода МК, через устройство согласования УС, происходит передача данных в персональный компьютер ПК, где происходит непосредственно обработка сигналов, и на экран монитора выдается информация в удобной для пользователя форме.

Вообще, смысл использования второй частоты состоит в том, что ток низкой частоты протекает только по объему внеклеточной жидкости, не проходя через мембраны клеток. Мембрана клетки представляет собой емкость, сопротивление которой на низкой частоте много больше сопротивления объема внеклеточной жидкости; на высокой частоте мембрана клетки уже не оказывает сопротивления току, поэтому ток высокой частоты протекает как по объему внеклеточной жидкости, так и по объему клеточной жидкости.

Модель, предложенная Дюрен-бергом ШеигепЬе^) и др. [4], выглядит так:

где:

Я300пос и Я30пос — величина импеданса тела человека, измеренного на частотах 300 и 30 кГц, соответственно, L — рост человека, т и с — константы. Однако в клинической практике часто необходимо знать не точное количество измеряемого объема жидкости, а динамику его изменения относительно исходного уровня. В этом случае, в качестве временных интервалов отсчета будем использовать частоту сердечных сокращений, так как определение амплитуды переменной составляющей импеданса, необходимое для оценки одного показателя гемато-крита, возможно только один раз в течение сердечного цикла.

Проще всего описать изменение объема клеточной жидкости (КЖ),

равное разности значений импедан са тела на низких и высоких часто тах:

— ,

где:

Уж — динамика изменения объ ема КЖ;

Я

Ячп — динамика изменений

300^ ±х301

базовых составляющих на частотах 300 и 30 кГц, соответственно,

(Уп — удельная проводимость плазмы.

Изменение объема ВКЖ оцени вается однозначно в соответствии с изменениями импеданса тела на низких частотах, объем же ОВО определяется как сумма объемов КЖ и ВКЖ. Таким образом, мате матическая модель будет выглядеть следующим образом [5, 6]:

/ \

V

1,54 • Ь

1

1

^300/ ^30/ у

V =

екжг

(7 Я

ш

V .=У  +У .

овог кжг екжг

где:

Увкж, У0в01 - динамика изменения объемов ВКЖ и ОВО, соответственно.

Метод двухчастотной импедан-сометрии может быть использован для комплексной оценки состояния водного баланса и гематокрита, но, к сожалению, требует использования уникального оборудования и только в условиях стационара.

Поэтому для экстренных случаев (режим скорой помощи), когда пострадавший в шоке и, особенно, в фазе его скрытой декомпенсации, сохраняются нормальные или даже повышенные показатели артериального давления [1, 2], когда требуется быстро и на качественном уровне оценить состояние водного баланса, нами был предложен более простой способ, не требующий двухчастотной регистрации реограммы.

В этом способе оценка распределения жидкости по секторам про-

ГР"

48

изводится путем вычисления мощности спектра реограммы в двух диапазонах - низкочастотном (от 0,05 до 0,3 Гц) и высокочастотном (от 0,3 до 2 Гц). Отношение двух этих величин характеризует (на качественном уровне) распределение жидкости по секторам. Для оценки динамики водного баланса этого достаточно, количественные, точные оценки распределения жидкости могут быть получены только при двухчастотном зондировании и регистрации реограмм одновременно на двух частотах.

Обследование проводилось по разработанной нами методике в обычных условиях (оптимальный уровень температуры, освещения, влажности) в первые 6, 12 и 24 часа и затем через 48, 72 часа и 7 суток (168 часов) после травмы. Суть методики: пострадавшим, в положении лежа на спине, на предплечья обеих рук накладывались электроды, и в течение 4-5 минут предлагалось спокойно и расслабленно лежать, пока в компьютер не поступят сигналы о 256 кар-диоинтервалах. Затем на правой руке обычным способом измеряли исходное артериальное давление и частоту сердечных сокращений, после чего как можно выше на бедро накладывали манжету аппарата для измерения артериального давления и в нее нагнетали воздух до тех пор, пока давление в ней на 10 мм рт. ст. не превысит систолическое давление, и через 10 минут экспозиции снимали еще 256 кардиоинтервалов.

Данную пробу мы проводили с целью определения влияния депонирования крови у больных в остром периоде травматической болезни. За основу была взята методика проведения пробы по Schwalm в модификации Пожари-ского В.Ф. (1989). Манжета, перекрывая венозный отток из нижней конечности (в сосудах голени и бедра скапливается значительное количество крови — до 400-700 мл), создает депо крови. Выключение этим способом крови из общей циркуляции представляет собой имитацию внутреннего кровотечения. Вследствие уменьшения венозно-

ПОЛИТРАВМА

Таблица

Коэффициент отношения площади спектра реограмм высокочастотной к низкочастотной компоненты

2-6 ч. 7-12 ч. 24 ч. 48 ч. 72 ч. 7 сут.

Исх. 0,5025 0,525005 0,445427 0,443288 0,557552 0,613455

Проба 0,48285 0,456317 0,636782 0,530029 0,421798 0,401797

Восст. 0,510033 0,577922 0,536485 0,435435 0,494037 0,486697

Сред. 0,498461 0,519748 0,539565 0,469584 0,491129 0,50065

го возврата к сердцу происходит уменьшение сердечного выброса, учащение сердечного ритма и вазо-констрикция резестивных сосудов, снижающая в обычных условиях депонирование крови в ортостазе (у здоровых людей), сужаются сосуды внутренних органов (почек, печени, селезенки), т.е. происходит определенная централизация кровообращения.

Сниженный объем циркулирующей крови в результате ее потери и гемодилюции создает, по мнению Пожариского В.Ф. (1989), своеобразную повышенную готовность к шоку, которая, как он считал, существует при нормальном артериальном давлении. Здоровым человеком, по его мнению, проба переносится без особых явлений, но после предшествующего кровотечения такое депонирование крови приводит к снижению АД и учащению пульса. Это снижение необходимо фиксировать при измерении артериального давления на руке каждые 5 минут. Падение систолического давления на 10 мм рт. ст. считается достоверным признаком «скрытого шока». В отличие от оригинального способа, предусматривающего пережатие манжетой одного бедра, перекрывая венозный отток в течение 40 минут, мы накладывали манжету от аппарата для измерения артериального давления на 10 минут, вызывали учащение частоты сердечных сокращений без угрозы развития клинически выраженной декомпенсации кровотока в виде падения артериального давления.

После устранения компрессии бедра и отдыха больного в течение 56 минут осуществляли следующую запись реограмм. В первом случае на исследуемого не оказывается

дополнительных внешних воздействий (исходная реограмма). Во втором (нагрузка) — на исследуемого воздействует нагрузка (депонирование крови) типа «ступенька», а состояние соответствует переходному процессу, направленному на адаптацию организма к нагрузке. В третьем (восстановление) — состояние исследуемого определяется переходным процессом от состояния нагрузки к состоянию покоя.

При изучении общей и внеклеточной жидкости организма у 36 пациентов методом одночастотной био-импедансометрии по отношению площади спектра высокочастотной к низкочастотной компоненте ре-ограмм был найден коэффициент, который качественно совпадает в исходном и восстановительном уровне.

Затем, используя усредненные значения, нами были построены следующие графики динамики перераспределения общей и внеклеточной жидкости организма (рис. 2).

Полная инверсия графика при проведении функциональной пробы с сегрегацией крови в нижних

конечностях говорит как о корректности исследования, так и о сохраняющейся дисрегуляции водного баланса.

Динамика изменения общей и внеклеточной жидкости во время проведения проб с сегрегацией крови в сосудах нижних конечностей показывает, что объем внеклеточной жидкости постепенно возвращается к «исходным» значениям через 72 часа, стабилизируясь через 7 суток. Примерно к 12 часам после травмы внесо-судистая жидкость возвращается в сосудистое русло, затем до 24 часов происходит увеличение ее объема, затем наступает период первичных реперфузионных нарушений с формированием внесосудистого болюса к 48 часам, постепенно возвращаясь к «исходным» значениям через 72 часа, и стабилизируясь через 7 суток.

Таким образом, проведенное нами исследование показывает возможность определения перераспределения жидкости, используя простой и неинвазивный метод в режиме реального времени.

Рис. 2

Динамика изменения общей и внеклеточной жидкости во время проведения проб с сегрегацией крови в сосудах нижних конечностей.

0,65 0,6 0,55 0,5 0,45

0,4

* ' _

ч * ч

_-----

2-6 ч.

7-12 ч.

24 ч.

48 ч.

72 ч.

7 сут.

исх

проба

--- восст --- сред

№ 2 [май] 2007

49

Литература:

1. Гураль, К.А. Травматический шок человека: Руководство для хирургов, травматологов, врачей участковых больниц, врачей скорой помощи, фельдшерско-акушерских пунктов и здравпунктов предприятий /К.А. Гураль, В.В. Ключевский, Г.Ц. Дамбаев.

- Ярославль-Томск-Рыбинск: Изд-во «ОАО «Рыбинский Дом печати», 2006. - 352 с.

2. Пожариский, В.Ф. Политравмы опорно-двигательной системы и их лечение на этапах медицинской эвакуации /В.Ф. Пожариский. - М.: Медицина, 1989. - 256 с.

3. Малышев, В.Д. Интенсивная терапия острых водно-электролитных нарушений /В.Д. Малышев. - М.: Медицина, 1985. - 192 с.

4. Deurenberg, P. Loss of total body water and extracellular water assessed by multifrequency impedance /P. Deurenbergand, F.J.M. Schouten //Eur. J. Clin. Nutr. - 1992. Vol. 46. - Р. 247-255.

5. Тестов, А.Л. Экспресс-оценка основных гемодинамических показателей и водно-солевого баланса с помощью биоимпе-дансметрии /А.Л. Тестов //Современная техника и технологии: Труды седьмой научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Томск: Изд-во ТПУ, 2001. - Т. 2. - 390 с.

6. Тестов, А.Л. /А.Л. Тестов: Автореф. дис. ... канд. тех. наук

- Томск, 2003. - 24 с.

I

ПОЛИТРАВМА