возможности неинвазивной компьютерной капилляроскопии для

ВОЗМОЖНОСТИ НЕИНВАЗИВНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ
КАПИЛЛЯРОСКОПИИ ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ
МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ В НОРМЕ И ПАТОЛОГИИ
Ю.И. Гурфинкель, М.И.Кудуткина
Центральная клиническая больница МПС РФ, Москва
Стр.66-72
В течение последнего десятилетия с появлением качественно новой телевизионной и
вычислительной техники стала реальной возможность обработки больших массивов
видеоинформации
и
получение
количественных
характеристик
таких
динамично
меняющихся процессов как капиллярный кровоток.
Согласно современным представлениям в среднем у взрослого человека 1011
кровеносных сосудов, 99 % которых относятся к системе микроциркуляции [SchmidSchobein, 2000). Прямые измерения, выполненные в эксперименте на животных [Чернух и
Алексеев, 1982], показали, что на длинном пути от аорты до мелких артерий включительно
среднее давление крови снижается всего лишь на 30-35 процентов. В то время как на
сравнительно коротких путях микроциркуляции оно падает в 7-10 раз (с 65-70 мм рт.ст. до 710 мм рт. ст.). Из этого следует, что на этом отрезке кровеносной системы поток крови
испытывает наибольшее сопротивление. Это обуславливает в значительной мере величину
сердечного выброса и его распределение между органами в соответствии с их
потребностями. Важным моментом является высокая чувствительность прекапиллярных
артериол, в первую очередь, к адреналину. Прекапиллярный сфинктер диаметром 12 мкм в
100 раз чувствительней к адреналину, чем артериола диаметром 50 мкм [Zweifach, 1961].
При капилляроскопии ногтевого ложа наблюдается группа капиллярных петель от 20
до 65 в 1 кв. мм [Чернух и соавт.,1975], состоящих из артериального, венозного и
переходного отделов. На сегодняшний день наиболее часто используется определение
скорости капиллярного кровотока. По сути говоря, все созданные приборы изначально
предназначались для этой цели [Bollinger, Fagrell, 1990; Stucker и соавт., 1996]. Не стал
исключением
и
компьютерный
капилляроскоп,
созданный
нами
при
тесном
взаимодействиии с НИИ Космического приборостроения [Гурфинкель и соавт., 1998].
Однако, по мере углубления в эту работу, стало ясно, что интерес для клиники может
представлять не только скорость капиллярного кровотока, но и исследование спектра
показателей микроциркуляции [Гурфинкель и соавт., 2000, 2001].

Ю.И. Гурфинкель, д.м.н., зав.отделением реанимации и интенсивной терапии ЦКБ МПС РФ
Цель этой публикации продемонстрировать новые возможности компьютерной
капилляроскопии,
которые
могут
найти
широкое
применение в
физиологических
исследованиях, в кардиологии, интенсивной терапии, а также в других медицинских
дисциплинах.
КОМПЬЮТЕРНАЯ КАПИЛЛЯРОСКОПИЯ
Устройство и методика. Технические возможности и средства программирования
позволили перейти от визуальной оценки капиллярного кровотока к получению числовых
характеристик диаметров капилляров,
скорости капиллярного кровотока, размеров
периваскулярного отека, количества эритроцитарных агрегатов, определению длительности
стаза, т.е. остановки движения крови в микрососудах. Все полученные результаты
сохраняются в базе данных и при необходимости извлекаются для оценки показателей
микроциркуляции в динамике.
Компьютерный капилляроскоп состоит из осветительной системы, создающей и
фокусирующей на ногтевом ложе пальца световое пятно. Специальная оптика передает
изображение на ПЗС-матрицу цветной видеокамеры, сигнал с которой поступает на
видеомонтажный комплекс, а затем в компьютер. Исследование проводится сидя после 15
минутного отдыха в условиях постоянства температуры в помещении (21-22 градуса по
Цельсию) и не обременительно для пациента. Рука испытуемого находится на уровне сердца.
Капиллярный кровоток, как правило, исследуется в эпонихии 4-го пальца левой руки, для
чего палец помещается в специальное устройство для его фиксации. Источник освещения
объекта – 50 W галогеновая лампа. Запись капиллярного кровотока обычно проводится по
шести различным капиллярам в течение 10 секунд для каждого.
Обработка
первичной
информации
производилась
с
помощью
специально
разработанного программного обеспечения, которое позволяет: фиксировать время
проведения исследования, просматривать записанные изображения капиллярного кровотока,
измерять диаметр капилляров, скорость капиллярного кровотока, количество агрегатов
форменных элементов крови в единицу времени (используется в новой версии программного
обеспечения), измерять величину периваскулярной зоны – ее линейный размер от
максимально удаленной точки периваскулярной зоны до наиболее близко стоящей точки
переходного отдела капилляра (Рисунок 1).
ИССЛЕДОВАНИЕ КАПИЛЛЯРНОГО КРОВОТОКА У ЗДОРОВЫХ ЛЮДЕЙ
Углубленное исследование показателей микроциркуляции капилляров ногтевого ложа
методом компьютерной капилляроскопии проводились в течение 240 суток у четырех
здоровых мужчин (37, 40, 41, 48 лет), в рамках подготовки к длительному пребыванию
человека в космосе. Эксперимент получил название SFINCSS-99 - аббревиатура английского
“SIMULATION OF FLIGHT OF INTERNATIONAL CREW ON SPACE STATION”, что
переводится
как
“ИМИТАЦИЯ
ПОЛЕТА
МЕЖДУНАРОДНОГО
ЭКИПАЖА
НА
КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ”. Начиная с 3 июля 1999 года, регулярно три раза в неделю в
интервале от 13.00 до 14.00 в условиях длительной изоляции и относительной гипокинезии
испытуемые (трое из них по специальности врачи) выполняли запись капиллярного
кровотока. Из гермокамеры, где находились испытуемые, полученные данные поступали во
внешний персональный компьютер сопровождения для архивации на лазерных дисках и
последующей обработки с помощью специально разработанного программного обеспечения
[Гурфинкель и соавт., 2001, 2002].
У
всех
испытуемых
наблюдалось
волнообразное
изменение
показателей
микроциркуляции в минутном, недельном, месячном диапазонах времени. Как видно из
таблицы 1 диаметры артериального, переходного и венозного отделов капилляров в период
изоляции были выше, чем в фоновый период. Средние значения скорости капиллярного
кровотока в фоновом периоде (т.е. до 240-дневной изоляции) составили 730,570 мкм/с и
оказались ниже, чем в период изоляции 1264,8147,8 мкм/ с. Это относится также к размерам
периваскулярной зоны. До изоляции - 96,64,2 мкм. В период изоляции - 104,73,4 мкм. За
период изоляции участники эксперимента прибавили в весе в среднем на 2,5 кг.
ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ КАПИЛЛЯРОСКОПИИ
В КАРДИОЛОГИИ
Мысль о том, что ранние проявления сердечно-сосудистых заболеваний находят свое
отражение в расстройствах микроциркуляции, высказанная Schmid-Schonbein (2000), на
самом деле не нова. Б.А.Сидоренко и соавт. в 1984 г. обнаружили, что у больных ИБС,
особенно с III-IV функциональным классом, замедление капиллярного кровотока происходит
одновременно со снижением фракции выброса, скорости циркулярного укорочения волокон
миокарда, замедлением скорости доставки и потреблением тканями кислорода. Н.К.Фуркало
и соавт. также в 1984 г. выявили существенные нарушения микроциркуляции и
реологических свойств крови, таких как сладж-феномен, ухудшение тканевого кровотока,
нарушение функциональных свойств тромбоцитов и эритроцитов, повышение вязкости
крови у больных с коронароангиографически подтвержденной ИБС. Установлено также, что
при атеросклеротическом поражении двух и трех венечных артерий сердца коронарный
резерв был снижен в группе больных со значительными нарушениями в системе
микроциркуляции. Изучение коронарного кровотока по клиренсу Xe-133 показало, что его
снижение обусловлено не только состоянием коронарного русла и внутрисердечной
гемодинамики, но и реологическими сдвигами.
Нами проведены исследования особенностей микроциркуляции у 27 пациентов
(средний возраст 48.719.0) с ИБС, с мягкой и умеренной артериальной гипертонией (по
классификации ВОЗ, 1993) в сравнении со здоровыми людьми примерно одной возрастной
категории (Группа 1, n=18; средний возраст 46.34). У пациентов с артериальной
гипертонией (АГ) показатели скорости капиллярного кровотока (476.4104 мкм/с) оказались
достоверно ниже же по сравнению со здоровыми (578.272.3 мкм/с). Перпендикулярный
размер периваскулярной зоны у больных с ИБС и АГ(105.418.3 мкм) оказался достоверно
больше, чем у здоровых Группы 1 (93.69.0). Для сравнения в таблице приведены
параметры микроциркуляции в Группе 2 - молодых здоровых (n=6), у которых, как и в
группе 1 отсутствует сладж-феномен, а скорость капиллярного кровотока оказалась самой
высокой - 74890.3 мкм/с.
Не менее информативным оказалось исследование параметров микроциркуляции у
пациентов с разной степенью выраженности хронической сердечной недостаточности
(ХСН). Как известно, по мере прогрессирования ХСН происходит усугубление расстройств
центральной гемодинамики, дальнейшее снижение сердечного выброса, увеличение объема
циркулирующей крови, нарастание периферических сосудистых расстройств, снижается
объемная скорость тканевого кровотока Маколкин В.И. и соавт., 2000.
В нашем исследовании у 19 пациентов (средний возраст 61,18,7) с разной степенью
выраженности сердечной недостаточности помимо рутинных исследований определяли
параметры микроциркуляции в процессе медикаментозного лечения ингибиторами АПФ, а
также диуретиками (фуросемид 40 мг 2 раза в неделю). У 17 из 19 пациентов определялась
мягкая и умеренная артериальная гипертония.
В начале лечения перпендикулярный размер периваскулярной зоны составил в
среднем 143,516,5 мкм, скорость капиллярного кровотока – 265,3  123 мкм/с. К исходу
первой
недели
периваскулярная
зона
уменьшилась
до
126,912,1 мкм, скорость
капиллярного кровотока возросла до 320,6120 мкм/с. Спустя 3 недели после начала лечения
периваскулярная зона составила до 115,012,6 мкм, скорость капиллярного кровотока
увеличилась до 342,7116,8мкм/с.
Для наглядности в Таблице 2 приведены сравнительные показатели САД, ДАД,
параметров микроциркуляции у здоровых двух возрастных групп, а также у пациентов с
ИБС, протекающей на фоне артериальной гипертонии (ИБС+АГ) и у пациентов с ИБС,
страдающих
артериальной
гипертонией
и
осложненной
хронической
сердечной
недостаточностью (ИБС+АГ+ХСН). Как видно из этой таблицы, самые низкие показатели
скорости капиллярного кровотока обнаружены у пациентов с ИБС, страдающих
артериальной гипертонией и осложненной хронической сердечной недостаточностью.
В заключении хотелось бы акцентировать внимание на том, как важно для
экспериментальной и клинической работы исследовать не только скорость капиллярного
кровотока, но и весь спектр показателей микроциркуляции, включающих размер
периваскулярной зоны, наличие сладж-феномена, стаза и его длительности. Похоже,
методика компьютерной капилляроскопии, уже сейчас может ответить на ряд
существенных вопросов при изучении влияния на капиллярный кровоток лекарственных
препаратов, найти широкое применение в кардиологии, в условиях отделений
интенсивного наблюдения, а также в других областях современной медицины.
Список литературы
1.
ГУРФИНКЕЛЬ Ю.И., ВОЕЙКОВ В.Л., КОНДАКОВ С.Э., КОРОЛЬ О.А., КУФАЛЬ
Г.А.
Устройство для автоматической регистрации динамических характеристик
протекания процесса.(компьютерный капилляроскоп). Патент РФ на изобретение №
2129266 от 15.05.98.
2.
ГУРФИНКЕЛЬ Ю.И., КОРОЛЬ О.А., КУЗНЕЦОВ М.И., КУФАЛЬ Г.Э. Исследование
микроциркуляции методом компьютерной капилляроскопии в условиях длительной
изоляции в эксперименте «SFINCSS-99». В книге «Модельный эксперимент с
длительной изоляцией: проблемы и достижения», «Слово», Москва, 2001, С . 306313.
3.
МАКОЛКИН В.И. Нарушение микроциркуляции при сердечной недостаточности.
Школа по сердечной недостаточности :избранные вопросы диагностики и
лечения.2002. c/10-11.
4.
МАКОЛКИН
В.И.,
ПОДЗОЛКОВ
В,И,,ПАВЛОВ
В,И,,
БОГДАНОВА
Э.А.,
КАМШИЛИНА Л.С.,САМОЙЛЕНКО В.В. Состояние микроциркуляции при
гипертонической болезни // Кардиология т.42, 2002, № 7, с. 36-39.
5.
СИДОРЕНКО Б.А., АЛМАЗОВ И.И., АЧИЛОВ А.А. Состояние микроциркуляции и
кардиогемодинамики у
больных хронической ишемической болезнью сердца //
Актуальные вопросы нарушений гемодинамики и регуляции микроциркуляции в
клинике и эксперименте. М. 1984. с.259-260.
6.
ФУРКАЛО Н.К., КУЦЬ В.А., ГАВРИШ А.С., ИВАЩЕНКО Т.И., РОМАНЕНКО А.И.,
ДАВЫДОВА И.В., РАДЗИВИЛ В.В., ЛУТАЙ М.И., ПРОГОННАЯ В.В. Нарушения
микроциркуляции как облигатный компонент патогенеза ишемической болезни
сердца
//
Актуальные
вопросы
нарушений
гемодинамики
и
регуляции
микроциркуляции в клинике и в эксперименте. М.1984 с. 264-265.
7.
ЧЕРНУХ А.М., АЛЕКСЕЕВ О.В. Физиологическая роль микроциркуляторного русла.
Расстройства
микроциркуляции
//
Руководство
по
кардиологии.
М.,
Медицина,1982,Т 1, с.266-277., с.401-411.
8.
BOLLINGER A., FAGREL B. Clinical capillaroscopy. 1990, 166 p.
9.
GURFINKEL YU.I.. Computer capillaroscopy as a channel of local visualization,
noninvasive diagnostics, and screening of substances in circulating blood.// In: Optical
Technologies in Biophysics and Medicine- II, V.V. Tuchin - Editor, Proc. SPIE Vol. 4241,
p. 467-472 (2000).
10.
YU.GURFINKEL, O. KOROL, G. KUFAL, Computer capillaroscopy as a new
cardiological diagnostics method.// SPIE-98 International Symposium on Optical
Diagnostics of Biological Fluids IV, San Jose, USA, 1998.
11.
GURFINKEL Y. I., MIKHAILOV V. M. New potentialities for noninvasive optical
investigation of microcirculation in extended space missions SPIE- International
Symposium on Optical Diagnostics of Biological Fluids IV, San Jose, USA, 2002.
12.
OVSYANNICKOV K.V., GURFINKEL YU.I. Features of microcirculation in patient with
arterial hypertension (by computerized capillaroscopy of nailfold) // Journal of
Hypertension 19 (Suppl. 2), June 2001, page S286.
13.
SCHMID-SCHONBEIN G.W., What is the relevance of the microriculation in
cardiovascular disease? //Micricirculation and cardiovascular disease, London, 2000, pp 113.
14.
M.STUCKER,
V.BAIER,
T.REITHER,
K.HOFFMANN,
K.KELLAM,
P.ALTMEYER.Capillary blood cell velocity in human skin capillaries located
perpendicularly to the skin surface: measured by a new laser Doppler anemometer.//
.Microvascular Reserch 52, 188-192, 1996.
15.
ZWEIFACH A.Development and Structure of Cardiovascular System, //New York,. 1961,
198 p.
Таблица 1. Средние значения показателей микроциркуляции за весь период эксперимента
«SFINCSS-99» с изоляцией у 4-х испытуемых. (Mm)
Средние
характеристики
Диаметр
артериальног
о.отдела
Диаметр
переходног
о.отдела
Диаметр
венозного
отдела
ПЗ
Скорость
капиллярного
кровотока
ФОН
ИЗОЛЯЦИЯ
6,80,4
7,70,6
15,51
16,81,4
10,90,8
12,00,9
96,64,2
104,73,4
730,570,8
1264,8147,8
ПЗ – периваскулярная зона
Таблица 2. Сравнительные показатели микроциркуляции, САД, ДАД у здоровых и
пациентов с ИБС+АГ, а также у пациентов с ИБС+АГ+ХСН (Mm)
Показатель
Количество
обследованных
Средний возраст(Mm)
САД мм рт ст(Mm)
ДАД мм рт ст(Mm)
Периваскулярная зона
(мкм)(Mm)
Сладж-феномен
(отн. единицы)(Mm)
Скорость капиллярного
кровотока (мкм/с)(Mm)
Здоровые
ИБС+АГ
ИБС+АГ+ХСН
Группа 1
n = 18
46.34,1
1275,1
772,2
93.69.0
Группа 2
n=6
275,4
1143,6
691,2
877,9
n = 27
48.711
1567,2
94,71.9
105.418.3
143,516,5
нет
нет
1.440.6
1,60,9
578.272.3
74890.3
476.4104
265,3123
n = 19
61,18,7
1447,9
89,83,2
550
Рисунок 1. Периваскулярная зона (перпендикулярный размер в микронах)