Прибор КАПИЛЛЯРОСКОП для проведения неинвазивных капилляроскопических исследований

Описание "Прибор КАПИЛЛЯРОСКОП для проведения неинвазивных капилляроскопических исследований"

КАПИЛЛЯРОСКОП

Способ и устройство для неинвазивных исследований капилляров, капиллярного кровотока, крови у пациентов болеющих сахарным диабетом, ишемической болезнью сердца.

Всемирная Организация Здравоохранения обозначила в качестве приоритетных направлений развития неинвазивную диагностику. Неиназивная диагностика состояния пациента комфортна, эксспресна, технологична. Однако подобный способ диагностики становится методом, принимаемым медицинским сообществом в том случае, если позволяет получать новую информацию, а также информацию о пациенте, которая согласуется с данными, полученными другими традиционными методами.
Успех способа зависит также от выбора объекта неинвазивных исследований.
По нашему мнению, перечисленным требованиям отвечают методы диагностики, основанные на исследовании капилляров, результаты исследований которых согласуются с данными анализа крови, сердца, генетических и эндокринологических исследований.
В качестве объектов исследований нами выбраны капилляры ногтевого ложа пальцев рук пациентов, которые расположены параллельно поверхности кожи и могут быть визуализированы на всем протяжении. Капилляры других областей кожи пальцев располагаются под углом в 90 относительно поверхности кожи и не могут быть исследованы описанным способом.
Для проведения исследований создано устройство компьютерный капилляроскоп.

1. Роль и функция капилляров в организме человека, приборы для неинвазивного исследования микро циркуляции.

Важнейшим звеном кровеносного русла является система капилляров, предназначенных для обеспечения органов и тканей всеми веществами необходимыми для жизнедеятельности. Крупные сосуды осуществляют доставку этих веществ, а в капиллярах происходит их переход в ткани и одновременно извлечение из тканей продуктов распада в кровеносное русло. Капиллярная сеть состоит приблизительно из 10,000,000,000 капилляров и вмещает примерно одну шестую общего объема циркулирующей крови. На пути от аорты до мелких артерий включительно среднее давление крови снижается на 30-35 процентов, а на путях микро циркуляции оно падает в 7-10 раз. Это определяет объем сердечного выброса и его распределение между органами в соответствии с их потребностями.
Капилляр - тонкая трубка, по форме приближающаяся к цилиндру диаметром от 2 до 30 мкм, образованная одним слоем эндотелиальных клеток. Длина одиночного капилляра составляет в среднем от 0,5 до 1 мм. Капилляр имеет артериальный отдел, расширенный переходный отдел и венозный отдел. Толщина стенки капилляра колеблется от 1 до 3 мкм. Капилляры сформированы клетками эндотелия, соединенными между собой "межклеточным цементом" и формирующими трубку. Поры капиллярной стенки имеют диаметр около 3 нм, достаточный для того, чтобы обеспечить диффузию нерастворимых в жирах молекул, имеющих размеры, колеблющиеся

от размеров молекулы хлорида натрия до размеров молекулы гемоглобина. Жирорастворимые молекулы диффундируют через толщу клеток эндотелия капилляров. Диффузия кислорода и углекислого газа осуществляется через любые участки капиллярной стенки. В месте отхождения капилляра от прекапиллярной артериолы располагается прекапиллярный сфинктер, который регулирует ток крови через капилляр.
При капилляроскопии ногтевого ложа наблюдается группа капиллярных петель от 20 до 65 в 1 кв. мм., состоящих из артериального, венозного и переходного отделов. У молодых здоровых людей диаметр артериального отдела капилляра колеблется от 6,36 ± 0,28 мкм, венозного 8,66 ± 0,21 мкм и переходного 9,65 ± 0,42 мкм. По данным, приводимым Болинжером и Фагрелом (1990) количество видимых капилляров составляет 10-30 в 1 кв. мм. Диаметр артериального отдела составляет 11 ± 3 мкм (от 6 до 19 мкм), а венозного отдела 12 ± 3 мкм (от 8 до 44 мкм).
Морфологически капилляры имеют разнообразную форму. С возрастом капилляры становятся более извиты и дилятированы.
Морфологическая картина, предложенная Houtman (1985), представлена на рисунке ниже.

Конфигурация капилляров: капиллярные петли в виде шпилек (а) - (с), извилистые петли (d), кустообразный вид (е), клубочные (f), уширения петель в начальной, верхней и начальной и конечной частях (g)-(i), уширения микроскопических вен (k)-(l) и гигантская петля (m).
Распределение капилляров: нормальное (n), разупорядоченное (о), локальное разрежение (р), разрежение по бокам от увеличенной петли (q).
Прочие особенности: экссудаты (r), экссудаты в виде «ожерелий» (s).

На сегодняшний день наиболее часто используется определение скорости капиллярного кровотока. По сути, говоря, все созданные приборы изначально предназначались для этой цели. Впервые телевизионный микроскоп был предложен Bollinger et al. в 1974 году. В 1977 году прибор был усовершенствован Fagrell et al., после чего стал использоваться в клинической практике. В России в 80-е годы нашел применение в клинической практике телевизионный капилляроскоп.
В последние годы появились сообщения об использовании laser Doppler anemometer, основанном на доплеровском эффекте, позволяющем измерить скорость кровотока в микро сосудах, в том числе расположенных перпендикулярно к поверхности кожи (Stucker et al., 1996M. F. Meyer, H. Schatz.,1998). Однако, эта методика не позволяет оценить такие параметры как периваскулярный отек, наличие сладж-феномена, стаза, его длительности и т.д. Между тем эти показатели, будучи изученными, в динамике, могут иметь важное значения для понимания эффективности лечения.

На рис 1.1. представлен капилляроскоп в сборе.

Рис 1.1. Компьютерный капилляроскоп.

Pис. 1.2. Структурная схема капилляроскопа.

Капилляроскоп состоит из следующих блоков.

Оптико-механический блок (рис. 1.2.).
Оптико-механический блок предназначен для получения телевизионного изображения капилляров ногтевого ложа пальца руки пациента. Оптико-механический блок состоит из микроскопа 5, осветителя 7, двух координатного столика 9, подставки для пальца 3 с устройством подогрева, подставки для кисти руки 2 с устройством подогрева, подставки для руки 1, телевизионной камеры 6. Все составные части оптико-механического блока выполнены в виде одного устройства.
Компьютер (рис. 1.2.).
Компьютер предназначен для коррекции, обработки телевизионного изображения, визуализации исследуемой области ногтевого ложа, управления системой термостабилизации капилляроскопа. Компьютер состоит из системного блока 20, монитора 17, клавиатуры 18 и мыши 16, платы коррекции видеосигнала, блока управления платой коррекции 19, платы ввода-вывода телевизионного изображения в компьютер.
Устройства питания (рис. 1.2.).
Устройства питания предназначены для фильтрации, преобразования напряжения 220В, 50Гц в постоянные нестабилизированные и стабилизированные напряжения. Устройства питания состоят из блока питания 13 телевизионной камеры и нагревательных элементов устройств подогрева, блока питания 15 осветителя, сетевого фильтра (не показан).
Устройство смонтировано на специальном столе, который позволяет комфортно проводить капилляроскопические исследования.
Электрические соединения между составными частями капилляроскопа реализованы через распределительную коробку 14 (рис.1.2.).

2.Методика проведения исследования.
Методика исследования пациента включает в себя ряд этапов
Этап первый. Подготовка исследуемого. Если это не предусмотрено ходом исследований, пациенту предлагается обычно не употреблять избыточных количеств жидкости. Исследование целесообразно проводить натощак или спустя несколько часов после необильного приема пищи. Нежелательно перед исследованием употреблять крепкий чай, кофе, алкоголь. Курить перед исследованием также не рекомендуется. Исследуемого необходимо предупредить о необходимости рационального ухода за ногтевым ложем. Нельзя подвергать кожу пальцев действию бензина, стирального порошка, соды, ацетона, лака и т.п.
Этап второй. Исследование необходимо проводить в помещении при температуре 21-23 гр. по Цельсию. Перед началом исследований необходим отдых, сидя не менее 15 минут, после чего измеряется и вносится в протокол пульс, артериальное давление. Измерение пульса и давления желательно проводить 2-3 раза с интервалом в полминуты. В протокол вносятся среднеарифметические значения. Пациент должен сидеть у стола в свободной позе, без напряжения. Кисть должна находиться на уровне сердца. Предплечье и ладонь руки помещаются на мягкую, но прочную опору на предметном столике. Пальцы кладутся на столик, а выбранный для исследования палец помещается в специальное ложе под объектив микроскопа. Рука исследуемого должна быть освобождена от колец, браслетов, тесной одежды. На область исследования нанести каплю пихтового масла.
Температура столика и ложа для пальца должна быть не ниже 27 гр. по Цельсию.

Этап третий. На эпонихий фокусируется свет от источника освещения. Капилляры ногтевого ложа подводятся в фокус оптической системы для получения четкого изображения на мониторе. Вначале необходимо провести обзорное исследование при увеличении х400, которое даст представление о количестве капилляров на единицу поверхности, степени их извитости и вариабельности. Для измерений следует выбирать зоны с хорошей визуализацией. Настройка и выбор капиллярных петель производится непосредственно по изображению, выведенному на экран монитора.
При исследовании оценивается визуально плотность распределения капилляров, их форма (степень извитости), наличие анастомозов, количество агрегатов форменных элементов крови.
Этап четвертый. Обработка первичной информации с целью получения данных о капиллярном кровотоке производится с помощью специально разработанного программного обеспечения.

Программное обеспечение позволяет:
1. фиксировать время проведения эксперимента и его продолжительность;
2. просматривать записанные изображения капиллярного кровотока в произвольном порядке;
3. усиливать контрастность изображения;
4. измерять диаметр капилляров, измерять скорость капиллярного кровотока, количество агрегатов форменных элементов крови, измерять величину периваскулярной зоны (в данной программе для расчета используется линейный размер от максимально удаленной точки периваскулярной зоны до наиболее близко стоящей к ней точки переходного отдела капилляра).
3. Иллюстрации.

На фотографиях представлены изображения капиллярных петель здоровых людей, изображение и способ количественной оценки периваскулярной зоны.

Капилляры и периваскулярная зона здоровых людей.

Липидные включения у здорового человека после легкого завтрака

Капилляры больных сахарным диабетом.

Пациент с ишемической болезнью сердца.

Пациент, перенесший инфаркт миокарда. Хорошо видны эритроцитарные агрегаты (сладж-феномен).

4. Классификация нарушений микро циркуляции.
   Впервые предлагаемая классификация нарушений микро циркуляции на основе количественных характеристик специально разработана нами для интерпретации результатов исследования с использованием компьютерной программы обработки и автоматизированного формирования медицинского заключения о степени выраженности расстройств микро циркуляции.
   Расстройства микро циркуляции 1-й степени (преходящие).
   Скорость ниже 400 мкм, но выше 320 мкм\с.
   Сладж-феномен отсутствует.
   Стазов нет.
   Периваскулярная зона не более 100 мкм.
   Изменения могут носить функциональный легко обратимый характер и могут не требовать приема каких-либо антиагрегантных средств.
   Расстройства микроциркуляции 2-й степени (преходящие).
   Скорость ниже 320 мкм\с, но выше 250 мкм\с.
   Сладж-феномен, количество агрегатов не более 2-3 за 10 сек.
   Стазов нет.
   Периваскулярная зона от 100 до 110 мкм.
   Изменения также могут носить функциональный обратимый характер, требуют контроля показателей микро циркуляции и, возможно, приема антиагрегантных средств.
   Расстройства микро циркуляции 3-й степени.
   Скорость ниже 250 мкм\с, но выше 200 мкм\с.
   Сладж-феномен выражен, количество агрегатов 5-6 за 10 сек.
   Стазы не более чем в 20%, общего количества наблюдаемых капилляров. Не более 3 сек.
   Периваскулярная зона от 110 до 125 мкм.
   Изменения могут быть обратимы, требуют регулярного контроля показателей микро циркуляции и приема антиагрегантных средств.
   Расстройства микро циркуляции 4-й степени.
   Скорость ниже 200 мкм\с.
   Сладж-феномен выражен, количество агрегатов более 7 за 10 сек.
   Стазы более чем в 30% сосудов, свыше 3 сек.
   Периваскулярная зона более 125 мкм.
   Изменения требуют медикаментозной коррекции антиагрегантными средствами и регулярного контроля показателей микро циркуляции.

Таким образом, важные показатели оцениваются автоматически количественно. Вместе с тем, ряд показателей, таких как обеднен ли капиллярный рисунок или нет, степень извитости капилляров, наличие шунтов и коллатералей, требуют качественного описания. При исследовании пациента в динамике все указанные характеристики за исключением липидных включений не подвергаются изменениям. В настоящее время разрабатываются методы и алгоритмы для количественной оценки и этих показателей.
С помощью программного обеспечения появилась возможность количественной оценки липидных включений (частота появления). Натощак у здоровых людей через 12-14 часов после последнего необильного приема пищи липидных включений быть не должно. Появление липидных включений натощак может свидетельствовать о расстройствах липидного обмена, что довольно часто наблюдается у больных страдающих сахарным диабетом.

5. Интерпретация полученных результатов исследования.

5.1 Здоровые люди.
По результатам исследований показателей микро циркуляции, выполненных с помощью компьютерной капилляроскопии у 18 здоровых людей в возрастной группе 40-49 лет скорость кровотока в покое у женщин, составила 539 * 0,35,а у мужчин 617 * 0,72; периваскулярная зона 93,6 + 9,0 мкм; сладж-феномен в норме отсутствует; мелкие липидные включения не определяются; крупные липидные включения 0,42 * 0,22 (в условных единицах при оценке в баллах от 0 до 3-х) впервые 2 часа после еды.

5.2. Возможности использования компьютерной капилляроскопии в кардиологии.
Для больных ишемической болезнью сердца (ИБС) характерно наличие расстройств микро циркуляции и реологических свойств крови, а в тяжелых случаях появление сладжа - эритроцитарных агрегатов. У больных ИБС замедление капиллярного кровотока происходит одновременно со снижением фракции выброса, скорости циркулярного укорочения волокон миокарда, замедлением скорости доставки и потреблением тканями кислорода. Выявлены существенные нарушения микро циркуляции и реологических свойств крови, такие как сладж-феномен, ухудшение тканевого кровотока, нарушение функциональных свойств тромбоцитов и эритроцитов, повышение вязкости крови у больных с коронароангиографически подтвержденной ИБС.
Чем выше функциональный класс стенокардии, тем выраженней нарушения микро циркуляции: запустевание капилляров, замедление и остановка кровотока, выраженный сладж-феномен. При этом отмечено увеличение вязкости крови при высоких и низких градиентах скорости сдвига, сочетавшейся с повышенной внутренней вязкостью эритроцитов. Отмечено улучшение капиллярного кровотока и реологических свойств крови при назначении никотиновой кислоты, аспирина, пентоксифиллина.
Наши собственные исследования подтверждают возможность количественного определения агрегатов, состоящих из клеток крови, определение длительности стаза крови в капиллярах, что позволяет в свою очередь подбирать рациональные дозы прямых и непрямых антикоагулянтов, аспирина, не прибегая к инвазивным исследованиям.
Исследование состояния микроциркуляторного звена в патогенезе сердечной недостаточности, а также оценка возможности медикаментозной коррекции расстройств микро циркуляции у пациентов с разной степенью выраженности сердечной недостаточности уже дало первые позитивные результаты. У 14 пациентов, перенесших инфаркт миокарда, с разной степенью сердечной недостаточности определяли размер периваскулярной зоны. В начале лечения он составил в среднем 142,4 *12,3 мкм. Использовались диуретики (арифон в дозе 2,5 мг ежедневно, фуросемид 40 мг 2 раза в неделю). К исходу первой недели периваскулярная зона уменьшилась до 115*9,8 мкм. Спустя 2 недели после начала лечения периваскулярная зона составила до 106,6*8,7 мкм. Таким образом, исследование перпендикулярного размера периваскулярной зоны позволяет объективизировать диуретическую терапию у пациентов с сердечной недостаточностью.
У этих же пациентов отмечены расстройства микро циркуляции 3-4-й степени в соответствии с предлагаемой нами КЛАССИФИКАЦИЕЙ НАРУШЕНИЙ МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ.

5.3 Компьютерная капилляроскопия у больных сахарным диабетом.
Интерес к неинвазивному исследованию капиллярного кровотока при сахарном диабете обусловлен, прежде всего, наличием выраженных расстройств микро циркуляции у больных страдающих этой патологией. Нарушения микро циркуляции появляются на ранних стадиях диабета, запуская вторичные механизмы.
Нами исследовался спектр показателей микро циркуляции, включающих помимо скорости капиллярного кровотока также размер периваскулярной зоны, наличие сладж-феномена, стаза и его длительности у больных инсулин независимым сахарным диабетом на фоне приема Танакана и Альфа-липоевой кислоты.
Определение размеров периваскулярной зоны в нашей методике было количественным и, как показали наблюдения, это исследование представляет особую ценность при наличии скрытых отеков, что достаточно часто встречается у больных сахарным диабетом имеющих почечную патологию. На фоне лечения Танаканом этот показатель также улучшился, что может быть обусловлено улучшением микро циркуляции почечной ткани.
Представленные данные также свидетельствуют о снижении скорости капиллярного кровотока у больных инсулин независимым сахарным диабетом по сравнению со скоростью капиллярного кровотока у здоровых.

Выводы.

1. Предлагаемый нами способ и устройство «КОМПЬЮТЕРНЫЙ КАПИЛЛЯРОСКОП» для проведения капилляроскопических исследований обеспечивают определение размеров капилляра, скорость движения крови, количество «сладжей», проходящих через сосуд в единицу времени, длительность стаза, корреляционных зависимостей: микро циркуляция – артериальное давление; микро циркуляция – фракция выброса; микро циркуляция – уровень агрегации крови и т.п. Устройство обеспечивает визуализацию и обработку получаемых изображений с последующим документированием результатов анализов в виде текстовых и графических файлов, архивацию результатов анализов и данных о пациенте. Чрезвычайно эффективны подобные исследования для пациентов болеющих сахарным диабетом, ишемической болезнью сердца. Время исследований – не более 30 секунд. Исследования комфортны и безболезненны.
   2. Предлагаемый способ и устройство являются уникальными и не имеют
   аналогов в России и за рубежом.
3. На устройство «КОМПЬЮТЕРНЫЙ КАПИЛЛЯРОСКОП» выпущены технические условия ТУ 944300-8-212-1-500-2000. ТУ выпущено в соответствии с решением экспертной специализированной комиссии по клинико-диагностическим приборам и аппаратам Комитета по новой медицинской технике МЗ РФ.
   ЗАО Центр «Анализ Веществ»
   www.casmos.ru
   klenin@casmos.ru