Полное название: Исследование возможностей лазерной допплеровской флоуметрии для оценки эффективности применения ортопедических средств
Авторы: Авторы: Дунаев А. В., Иножарская О. В., Шураева Е. В. УДК 681.2.082:615.849.19
Современный рынок товаров для здоровья широко представлен различными ортопедическими средствами как бытового назначения, так и для использования в медико-профилактических и реабилитационных целях для коррекции и предупреждения патологий системы микроциркуляции крови (болезнь Рейно, вибрационная болезнь), последствий травм и переломов, нарушений венозного оттока и других патологических состояний. Однако проблема индивидуализации применяемых ортопедических средств носит по-прежнему актуальный характер.
Очевидно, что эффективность применения того или иного ортопедического средства связана с особенностями его конструкции и свойствами наполнителя. В качестве объекта исследования эффективности применения были выбраны ортопедические изделия фирмы «Альсария» с наполнителем из микросфер, обладающие рядом особенностей.
Ортопедическое средство в виде варежки характеризуется тем, что содержит два чехла, размещенные один в другом, и наполнитель, который является смесью из микростеклосфер (микросфер) из натриевоборосиликатного стекла размерами 15-200 мкм и микростеклосфер из калий-натриевого стекла размерами 50-160 мкм с кремнийорганическим покрытием.
Диапазоны размеров микростеклосфер каждого вида определены технологией их производства. Среднестатистические размеры микростеклосфер разных видов приблизительно равны между собой, что обеспечивает однородность смеси при её получении и повышает эффект псевдожидкости смеси во время использования ортопедического средства. Отражающее покрытие внутренней стороны внутреннего чехла также способствует уменьшению трения микростеклосфер о поверхность ткани, что тоже повышает подвижность ортопедического изделия.
Ортопедические средства на основе микросфер обладают рядом специфических свойств, сочетание которых даёт множество положительных эффектов, в первую очередь связанных со стимуляцией системы микроциркуляции крови.
Свойство псевдожидкости, позволяющее потребителю испытывать состояние псевдоневесомости.
В замкнутой оболочке изделия (например, варежки) находится наполнитель, свойства которого очень схожи со свойствами жидкости, такими, как внутренний коэффициент трения (или вязкость) – это значит, что наполнитель не оказывает никакого сопротивления изменению формы при неизменном объёме; способность при воздействии внешнего давления передавать это давление по всем направлениям одинаково. Эти свойства приводят к эффекту псевдоплавания (псевдоневесомости), благодаря которому улучшается кровоснабжение органов и тканей, дополнительное раскрытие капилляров, то есть происходит стимуляция системы микроциркуляции крови, а улучшение трофики позволяет репаративным процессам протекать более интенсивно. Создавая состояние псевдоневесомости, ортопедическое изделие приводит к максимальному расслаблению мышц.
Способность накапливать инфракрасное тепло человеческого тела.
Поскольку тело человека излучает инфракрасную энергию в диапазоне приблизительно 3-50 мкм с пиком в 9,6 мкм, при воздействии на организм инфракрасной энергии с длиной волны 9,6 мкм имеет место явление активного поглощения телом внешней энергии (так называемое резонансное поглощение). В результате этого воздействия повышается потенциальная энергия клеток организма и из них будет уходить несвязанная вода, повышается деятельность специфических клеточных структур, растет уровень иммуноглобулинов, увеличивается активность ферментов и эстрогенов, происходят и другие благоприятные биохимические реакции. Это характерно для всех типов клеток организма и крови. Инфракрасное излучение проникает в ткани организма глубже, чем другие виды световой энергии, что вызывает прогревание всей толщи кожи и отчасти подкожных тканей. Более глубокие структуры прямому прогреванию не подвергаются. Область терапевтического применения инфракрасного излучения довольно широка: негнойные хронические и подострые воспалительные местные процессы, в том числе внутренних органов, некоторые заболевания опорно-двигательного аппарата, центральной и периферической нервной системы, периферических сосудов, глаз, уха, кожи, остаточные явления после ожогов и отморожений.
Лечебный эффект инфракрасного облучения определяется механизмом его физиологического действия – он ускоряет обратное развитие воспалительных процессов, повышает тканевую регенерацию, местную сопротивляемость и противоинфекционную защиту. Происходящее при поглощении энергии ИК-излучения образование тепла приводит к локальному повышению температуры облучаемых кожных покровов на 1-2 °С и вызывает местные терморегуляционные реакции поверхностной сосудистой сети. Сосудистая реакция выражается в кратковременном спазме сосудов (до 30 с), а затем увеличении локального кровоток и возрастании объема циркулирующей в тканях крови. Выделяющаяся тепловая энергия ускоряет тканевой обмен веществ. Активация микроциркуляторного русла и повышение проницаемости сосудов способствует дегидратации воспалительного очага и удалению продуктов распада клеток. Активация пролиферации и дифференцировки фибробластов приводят к ускорению заживления ран и трофических язв.
Таким образом, оценка эффективности применения ортопедических средств на основе микросфер, основанная на регистрации отклика в системе микроциркуляции крови, является актуальной и важной задачей на современном этапе.
В последнее время в связи с интенсивным развитием диагностических методов, основанных на неинвазивной медицинской спектрофотометрии – фотоплетизмографии (ФПГ), пульсоксиметрии (SaO2), оптической тканевой оксиметрии (ОТО), лазерной доплеровской флоуметрии (ЛДФ) и др., всё более актуальным становится вопрос о возможности их применения в качестве методов контроля эффективности различных физических воздействий в режиме реального времени [3].
Наиболее чувствительным методом регистрации динамики процессов микроциркуляции крови в биотканях является сегодня метод ЛДФ. Этот метод является наиболее доступным для оценки состояния МЦК и позволяет в клинических условиях получить объективную информацию о параметрах функционирования микроциркуляторного русла с любого участка поверхности тела в реальном масштабе времени и затем оперативно использовать ее для проведения и коррекции лечебного процесса.
Метод ЛДФ основан на измерении доплеровского сдвига частоты, возникшей после отражения излучения от ансамбля эритроцитов, движущихся с разными скоростями и по-разному количественно распределенных в артериолах, капиллярах, венулах. Результат измерений по данной методике – показатель микроциркуляции (ПМ), измеряемый в перфузионных единицах.
В методе ЛДФ выходной сигнал непрерывно регистрируется в течение времени исследований и диагностика состояния микроциркуляции крови основывается на анализе графической записи изменений перфузии, которая называется ЛДФ-граммой. ЛДФ-сигнал имеет постоянную и переменную от времени составляющие. Постоянная составляющая – это средняя перфузия в микроциркуляторном русле за определенный промежуток времени исследований или за выбранный временной интервал анализа. Переменная составляющая ЛДФ-сигнала обусловлена факторами, влияющими на постоянство потока крови в микроциркуляторном русле, и содержит ценную информацию о модуляции кровотока.
Применение спектральных алгоритмов обработки сигналов позволяет извлекать информацию о состоянии сосудистого тонуса в терминах вклада в него разных механизмов регуляции (миогенный, эндотелиальный и пр.) микрогемодинамики.
Целью данной работы является исследование возможностей метода лазерной доплеровской флоуметрии для оценки эффективности применения ортопедических средств на основе микросфер (варежки) по регистрации отклика системы микроциркуляции крови.
Для исследования влияния применения ортопедического средства (варежки) на динамику параметров системы МЦК проведены оценочные эксперименты с использованием лазерного доплеровского флоуметра «ЛАКК-02» (НПП «ЛАЗМА») и инфракрасного термометра «CASON CA380»
Эксперименты проводились на четырех условно здоровых добровольцах (19, 20, 21 и 23 лет) и состояли из нескольких этапов. На первом этапе измерялась температура безымянного пальца правой руки условно здорового добровольца с помощью инфракрасного термометра и проводилась запись ЛДФ-граммы с помощью аппарата ЛДФ. Затем на 15 минут доброволец надевал варежку на основе микросфер на правую руку. После истечения заданного времени варежка снималась с руки, производилось повторное измерение температуры и регистрация ЛДФ-граммы.
В ходе проведенных исследований и анализа полученных данных прослеживается тенденция увеличения параметра ΔМ, наиболее объективно свидетельствующего о стимуляции системы микроциркуляции крови, которая наблюдается в большинстве случаев.
Однако, в эксперименте №2 нагрев биоткани при использовании варежки с микросферами произошел только на 0,6 градусов, что явно недостаточно для стимуляции микроциркуляции крови, так как ранее показано, что порог реакции микроциркуляционного русла составляет от 0,8 до 1 градуса. В эксперименте №4 явно завышен начальный уровень ПМ, возможно наблюдался венозный застой крови, то есть очевидно, что данный случай – это отклонение от нормы.
Таким образом, применение метода лазерной доплеровской флоуметрии совместно с измерением температуры биоткани для оценки эффективности использования ортопедических средств (например, варежки на основе микросфер) является объективным, так как позволяет установить оптимальное время воздействующего фактора (время, проведенное с надетой варежкой) по критерию достижения эффекта стимуляции системы микроциркуляции крови и, следовательно, индивидуализировать медико-профилактические и реабилитационные мероприятия.
Дунаев Андрей Валерьевич
ФГОУ ВПО «Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс», г. Орёл
Кандидат технических наук, докторант, доцент кафедры «Приборостроение, метрология и сертификация», исполнительный директор научно-образовательного центра «Биомедицинская инженерия»
Иножарская Ольга Васильевна
ФГОУ ВПО «Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс», г. Орёл
Магистрант кафедры «Приборостроение, метрология и сертификация»
Шураева Елена Владимировна
ООО «Альсария», г. Орёл
Генеральный директор, врач терапевт