Мониторинг показателей сердечно-сосудистой системы

Мониторинг  напряжения кислорода в крови

В прямом методе оценки напряжения кислорода в артериальной крови  используется анализ проб крови. Для  этой цели применяется кислородный  электрод Сlark, представляющий собой  электролитическую ячейку, отделенную от исследуемой крови кислородопроницаемой мембраной.Кислородный электрод содержит платиновый катод и серебряный анод, соединенные через измеритель тока с источником напряжения. Кислород проходит через мембрану и в результате электрохимической реакции у платинового электрода образует гидроксильные ионы :О₂ + 2Н₂О + 4e- ® 4ОН-Ток в цепи электрода зависит от количества присоединенных электронов, которое определяется количеством кислорода, диффундирующего в электролитическую ячейку.Рабочая точка электрода устанавливается в диапазоне напряжений, соответствующих области “плато” полярограммы (рис.47). В этом случае ток, регистрируемый в цепи электрода, оказывается пропорциональным величине РО₂ в исследуемой пробе крови.Для чрескожного метода определения РО₂ , применяемого в мониторных приборах, используются мембранные датчики, содержащие электрод Сlark и нагревательный элемент. Мембрана электрода приводится в соприкосновение с кожей, которая нагревается до температуры около 44^оС. Под действием нагревания кислород из капиллярных сосудов диффундирует в эпидермис, а затем в электролитическую ячейку, где происходит измерение.Значения напряжения кислорода в крови, измеренные чрескожным методом (РtcО₂) у детей, достаточно близко соответствуют величинам РО₂ , определенным в пробах артериальной крови.Однако у взрослых пациентов расхождение значений РtcO₂ и РО₂ увеличивается. Ошибки определения значений РtcО₂ зависят от толщины кожи, подкожного кровотока, физиологических факторов, влияющих на доставку О₂ к поверхности кожи (уменьшение сердечного выброса, АД крови, возникновение центральной вазоконстрикции). В результате РtcO₂ оказывается заниженным по сравнению с соответствующим артериальным значением.В норме у взрослых разница значений РtсО₂ и РО₂ составляет 20%, у детей за счет эффекта нагревания и соответственно роста РО₂ значения РtсО₂ могут на 5...15% превышать данные артериальных измерений.Для уменьшения ошибок определения РtсО₂ датчик прибора располагают на поверхности кожи в местах с высоким капиллярным давлением и минимальной вазоконстрикцией. Наиболее часто используются локализации датчиков на грудной летке в области ключицы, на коже головы, латеральной стороне живота, внутренней стороне бедра.Следует отметить, что мониторы РtсО₂ требуют тщательного обслуживания. Нагревание электрода, необходимое при чрескожных измерениях, приводит к ускорению испарения электролита ячейки, который по этой причине нуждается в периодическом обновлении.Из-за медленного дрейфа показаний датчик РtсО₂ не может оставаться на одном месте более нескольких часов. Место локализации датчика изменяют каждые 2 или 4 часа, проводя повторную калибровку прибора. Последнее позволяет также избежать термических раздражений, а иногда и ожогов кожи под электродом.Мембрана электрода датчика, контактирующая с кожей, легко повреждается. При увеличении ее толщины увеличивается время реакции датчика на изменение РО₂. Это время зависит также от толщины кожи обследуемого. Так, у детей время ответа датчика составляет 10...15 сек, у взрослых 45...60 сек.Снижение ошибок определения РО₂ при неинвазивном мониторинге достигается путем использования миниатюрного электрода Сlark, располагаемого в конъюнктиве. Эти датчики могут функционировать непрерывно в течение 24 часов.Основной областью клинического применения чрескожных методов измерения РО₂ являются неонатальные мониторы, которые могут дополнительно выполнять функции детектора апное.Сравнение измерителей РО₂ с пульсоксиметрами показывает, что последние обладают большей чувствительностью к сильной гипоксемии, более высоким ( в 5 ...8 раз) быстродействием измерений. Кроме того, мониторы РО₂ требуют постоянного обслуживания датчиков. Однако значения РО₂ являются лучшими показателями при гипероксимии, чем значения сатурации кислорода.Это связано с тем, что, как следует из кривой диссоциации гемоглобина (рис.35), SрО₂ слабо изменяется при значениях РО₂ , превышающих 90 мм рт.ст. В частности, РО₂ становится более предпочтительным показателем у детей с риском ретинопатии при чрезмерной вторичной оксигенации крови.

Мониторинг  дыхательных газов

В первом случае используется пробоотбор газа из дыхательного контура  пациента путем аспирации газа в  измерительную ячейку датчика.Во втором случае анализируется основной поток  газа, выходящий из эндотрахеальной  трубки дыхательного контура пациента.Аспирационные  капнометры с пробоотбором газа получили наибольшее распространение в клиническом  мониторинге, так как они оказываются  более простыми в использовании  и могут применяться у неинтубированных пациентов с расположением пробоотборной  трубки в верхних дыхательных  путях.Система пробоотбора газа аспирационного капнометра включает пробоотборник, размещаемый в дыхательном контуре пациента, и трубку для соединения с прибором .На входе прибора перед измерительной ячейкой устанавливается ловушка для влажного конденсата, содержащегося в аспирируемом газе. Влага образуется из-за того, что водяные пары с температурой выдыхаемого газа (37^оС) конденсируются при более низкой (комнатной) температуре на стенки пробоотборной трубки. Кроме того, при ИВЛ вдыхаемый газ поддерживается теплым и влажным, что увеличивает содержание водяных паров в выдыхаемом газе.Измерительная ячейка надежно защищается от проникновения водяных паров, так как их присутствие в анализируемой пробе газа влияет на степень поглощения ИК-излучения на рабочей длине волны капнометра, что может привести к погрешности измерения содержания СО₂.Кроме того, защита от влаги необходима для предотвращения закупорки пробоотборной линии вязким компонентом конденсата (слизью), так как соединительные трубки линии имеют малый внутренний диаметр.Если для сокращения времени задержки выбрать более высокую скорость пробоотбора и она окажется выше скорости выдыхаемого газа, то в пробоотборную систему начнет подсасываться свежий газ, что приведет к ошибкам измерения концентрации СО₂.Проба анализируемого газа прокачивается через измерительную ячейку и после измерения может быть выпущена в атмосферу или с помощью выводной трубки возвращена в дыхательный контур. Возврат газа необходим при использовании закрытого дыхательного контура или в случае точной оценки метаболического объема газа.Структурное построение аспирационного капнометра показано на рис.50. Проба газа поступает в прибор через ловушку влаги 2, представляющую собой цилиндрический стакан, установленный вертикально. В верхней крышке стакана размещены патрубки ввода и вывода пробы газа. В боковой стенке стакана имеется патрубок отсоса газа. Влага, конденсирующаяся в соединительной трубке, стекает на дно стакана, так как патрубок ввода газа направлен вниз. Вязкий компонент конденсата может перекрыть патрубок вывода газа.В этом случае давление в аспирационной системе падает и по сигналу датчика давления 10 включается клапан отсоса 15, что приводит к отсосу газа через боковой патрубок стакана ловушки. Затем измерительная ячейка 3 продувается в направлении, обратном рабочему ходу газа струей воздуха поступающего через открытый клапан 11. После ловушки влаги анализируемый газ проходит измерительную ячейку 3 датчика, буфер давления 12, насос 16 и поступает на выходной патрубок прибора.Датчик капнометра выполнен по компенсационной двухканальной схеме, уменьшающей погрешности, связанные с нестабильностью элементов датчика. Свет излучателя 5 разделяется на два луча, один из которых проходит измерительную ячейку 3 и поступает на фотоприемник 7, другой поступает на тот же фотоприемник, проходя через компенсационную ячейку 4, заполненную газом с известной концентрацией СО₂.Включение каналов синхронизируется коммутатором 6, используемым далее в тракте усиления сигналов фотоприемника для разделения сигналов измерительного и компенсационного каналов.МикроЭВМ 14 выполняет процедуры обработки сигналов, компенсации погрешностей, связанных с нестабильностью источника излучения, дрейфом датчика и усилительной схемы, температурным дрейфом, определение текущей величины содержания СО₂, вывода данных на дисплей 17.Установка нуля прибора осуществляется с помощью клапана 11, при включении которого, а также клапана отсоса 15, комнатный воздух (содержание СО₂ около 0,05%) проходит через измерительную ячейку 3 в обратном направлении. Градуировка и поверка капнометра осуществляется с помощью проб газов с калиброванной концентрацией СО₂, входящих в комплект прибора.В поточных капнометрах датчик устанавливается непосредственно в дыхательном контуре пациента и может быть размещен в эндотрахеальной трубке. Скорость поступления анализируемого газа в датчик определяется здесь скоростью выдоха пациента, поэтому погрешности аспирационных капнометров, связанные с пробоотбором, а также с задержкой регистрации показаний, в поточных капнометрах устранены. В этих приборах более просто решается проблема защиты датчика от действия влаги, содержащейся в анализируемом газе. Измерительная камера с датчиком нагревается до температуры 40^оС для предотвращения конденсации влаги.Датчик поточного капнометра строится по однолучевой двухволновой схеме, по которой измерение абсорбции ИК-излучения происходит попеременно на двух длинах волн. Первая длина волны является рабочей (максимум поглощения СО₂), вторая выбирается в области малого поглощения СО₂ и используется для получения сигнала компенсации, уменьшающего погрешность дрейфа датчика, а также погрешность, вызванную присутствием в анализируемом газе веществ, поглощающих ИК-излучение, в частности N₂О.В современной аппаратуре капнометрии осуществляется непрерывное измерение содержания СО₂ и индикация в реальном масштабе времени величины ЕТРСО₂ .Градуировка показаний капнометров осуществляется либо в единицах парциального давления СО₂, либо в единицах объемной концентрации. Диапазон измерений капнометров составляет 0 - 99 мм рт.ст. (0-10%). Точность измерения составляет порядка единиц процентов.Большинство мониторных приборов имеет графический дисплей, на котором отображается капнометрическая кривая - капнограмма, представляющая собой график зависимости PCO₂ от времени. Отображение капнограммы в реальном масштабе времени позволяет оценить параметры фаз дыхания; отображение капнограммы в замедленном темпе дает возможность визуально оценить тренд ЕТРСО₂ на большом отрезке времени, например, на определенном этапе операции.

Капнограмма

Анализ формы и параметров капнограммы дает важную диагностическую  информацию о состоянии пациента. Вид капнограммы в норме показан  на рис.51. В начале выдоха (точка В  капнограммы) содержание СО₂ в выдыхаемом газе близко к нулю. Это обусловлено поступлением порции свежего газа, оставшегося от предыдущего вдоха в анатомическом “мертвом” пространстве. Затем в “мертвое” пространство начинает поступать альвеолярный газ и концентрация СО₂ на капнограмме начинает расти. Когда альвеолярный газ заполняет все “мертвое” пространство, рост концентрации СО₂ замедляется (точка С кривой) и наблюдается так называемое альвеолярное плато (участок СD). По завершении выдоха и начале притока свежего газа за счет вдоха концентрация СО₂ быстро падает до нуля (участок DЕ).Уровень РСО₂, достигаемый непосредственно перед спуском кривой, принимается за значения ЕТРСО₂. Эта величина в норме обычно всего на 2...3 мм рт.ст. ниже чем РСО₂ артериальной крови. При увеличении “мертвого” пространства и падении альвеолярной вентиляции разница ЕТРСО₂ и РаСО₂увеличивается. Если легочная перфузия падает (остановка сердца, шок), ЕТРСО₂ падает несмотря на то, что РaСО₂ может оставаться высоким. Поэтому при мониторинге ЕТРСО₂ необходимо контролировать адекватность легочной перфузии.ЕТРСО₂ значительно падает при образовании альвеолярного мертвого пространства. Внезапное уменьшение показателя более чем на 5 мм рт.ст. часто наблюдается после легочной эмболии .При анализе формы кривой в аспирационных капнометрах участки нарастания и спада капнограммы оказываются затянутыми за счет времени задержки регистрации РСО₂. В поточных измерителях нарастание и спад капнограммы оказываются в несколько раз короче / 79 /.Примеры различных форм капнограммы приведены на рис. 52 / 42 /. Форма альвеолярного плато капнограммы определяется скоростью выделения СО₂ и его диффузией в легких. Неравномерность плато может быть следствием неодинакового опорожнения альвеолярных областей с различными постоянными времени и отношением легочной вентиляции к сердечному выбросу (Va/СВ).Замедление выдоха, например, у пациентов с хроническими абструктивными легочными заболеваниями, с уменьшенной легочной отдачей обычно приводит к более крутому альвеолярному плато (рис. 52,б). При анестезии в латеральном положении разница в вентиляции и перфузии легких также увеличивает неравномерность плато.При возвратном дыхании за счет увеличения “мертвого” пространства капнограмма во время вдоха может быть отлична от нуля (рис.52,в). Уменьшение “мертвого” пространства ведет к нормализации капнограммы (рис. 52,г). Возникновение так называемых кардиогенных осцилляций (рис. 52,д), наблюдаемых на альвеолярном плато в виде повторяющихся паттернов, синхронных с ударами сердца, обычно объясняется механическим возбуждением глубоких областей легкого, выбрасывающих газ, богатый СО₂. Осцилляции наиболее выражены, если пробоотбор осуществляется из глубины трахеи или бронхиальной области, и сглаживаются, если пробоотборная трубка расположена в верхних дыхательных путях.Значение ЕТРСО₂, наблюдаемое в норме, составляет 35...45 мм рт.ст.Увеличение ЕТРСО₂ сверх этих границ (гиперкапния) может свидетельствовать об увеличении образования СО₂, угнетении дыхательного центра, уменьшении вентиляции. При использовании ИВЛ причиной гиперкапнии может быть неадекватность вентиляции.Снижение ЕТРСО₂ ниже 35 мм рт.ст. (гипокапния) может происходить из-за гипервентиляции или может быть вызвано увеличением “мертвого” пространства при нормальном значении РСО₂ артериальной крови. Ошибочно малое значение ЕТРСО₂ может быть зарегистрировано при неадекватной (слишком высокой) скорости пробоотбора в аспирационных капнометрах из-за подсоса свежего газа.Использование капнограмм во время наркоза позволяет непосредственно оценить правильность интубации трахеи путем анализа изменения концентрации СО₂ в выдыхаемом воздухе.При ИВЛ капнограмма дает возможность установки адекватных режимов вентиляции на фоне введения анестезирующих агентов, угнетающих дыхание. При низкопотоковой анестезии и работе с полуоткрытым дыхательным контуром основным критерием регулировки притока свежего газа является уровень СО₂, мониторируемый по капнограмме.

Оптическая  микроскопия

Оптическая микроскопия  представляет собой удобный и  гибкий метод прямого изучения микроструктуры. Поэтому трудно представить: какой  метод может ее вытеснить при  изучении структуры и кинетики миграции границ зерен на микронном уровне, в особенности при сочетании  оптической микроскопии с косвенными методами исследования. Однако нет  сомнений, что наиболее важные успехи в ближайшие годы будут связаны  с прямым наблюдением структуры  механизмов миграции границ зерен на субмикронном уровне, так как методы оптической микроскопии не позволяют  разрешить важнейшие проблемы, стоящие  перед исследователями, занимающимися  первичной рекристаллизацией и  ростом зерен. Например, стало достаточно ясно, что миграция границ зерен  часто определяется поведением их структурных  единиц, а свойства этих-структурных  единиц зависят от скорости границы  и концентрации примесей. Успехи в  этой области могут быть связаны  лишь с исследованиями на субмикронном уровне. Об этом свидетельствуют достижения последних лет. Оптическая микроскопия  занимает важное место в ряду методов  исследования макропористой и надмолекулярной  структуры углеродных материалов, она  позволяет непосредственно наблюдать  объект или его участок и существенно ( с 0 2 мм до 0 2 мкм) расширять пределы  визуального наблюдения.

Люминесцентная  микроскопия.

Люминесцентная микроскопия (лат. Lumen, luminis свет; греч. Micros малый + skopeo рассматривать, исследовать) – метод  микроскопии, позволяющий наблюдать  первичную или вторичную люминесценцию  микроорганизмов, клеток, тканей или  отдельных структур, входящих в их состав.Цвет люминесценции, т.е. длина волны излучаемого света зависит от химической структуры и от физико–химического состояния микроскопируемого объекта, что и обусловливает возможность использования л.м. в целях микробиологической и цитологической диагностики, для дифференцирования отдельных компонентов клеток. Первичная люминесценция присуща ряду биологически активных веществ, таких, как ароматические аминокислоты, порфирины, хлорофилл, витамины А, В2, В1 , некоторые антибиотики (тетрациклин) и химиотерапевтические вещества (акрихин, риванол). Вторичная, или наведённая, люминесценция возникает в результате обработки микроскопируемых объектов флюоресцирующими красителями – флюорохромами. Некоторые из этих красителей диффузно распределяются в клетках, другие избирательно связываются с определёнными структурами клеток или даже с определёнными химическими веществами. Эта способность флюорохромов к избирательному окрашиванию позволяет проводить люминесцентно – цитологический и люминесцентно – цитохимический анализ.Для проведения люминесцентной микроскопии используются либо специальные люминесцентные микроскопы, либо приставки к обычным биологическим микроскопам, позволяющие использовать их для наблюдения люминесценции микрообъектов.Люминесцентный микроскоп снабжен мощным источником освещения с большой поверхностной яркостью, максимум излучения которого находится в коротковолновой области видимого спектра, системой светофильтров, а также интерференционной светоделительной пластинкой, применяемой при возбуждении люминесценции падающим светом. Эта система возбуждения люминесценции падающим светом через опак – иллюминатор имеет ряд преимуществ:интерференционная светоделительная пластинка с нанесёнными на неё слоями диэлектриков избирательно отражает на препарат более 90% света, возбуждающего люминесценцию, и почти полностью пропускает более длинноволновый свет люминесценции, что позволяет увеличить яркость люминесценции;объектив микроскопа служит одновременно конденсором осветительной системы; поэтому при использовании высокоапертурных иммерсионных объективов с большим увеличением освещённость препарата и соответственно яркость люминесценции возрастают пропорционально четвёртой степени апертуры объектива;люминесцентную микроскопию можно сочетать с фазово-контрастной и интерференционной при освещении снизу через конденсор микроскопа.Источниками освещения для люминесцентного микроскопа чаще являются ртутно-кварцевые лампы сверхвысокого давления, а также лампы накаливания: ксеноновые и кварцево-галогенные.Для возбуждения люминесценции при люминесцентной микроскопии обычно используют длинноволновую ультрафиолетовую, сине-фиолетовую, а иногда и зелёную область спектра, в люминесцентном микроскопе применяют обычно стеклянную оптику и обычные предметные и покровные стёкла, пропускающие излучение в этой части спектра и не обладающие собственной люминесценцией. Иммерсионные и заключающие среды также должны соответствовать этим требованиям. В качестве заключающих сред для препаратов могут быть использованы буферный раствор глицерина, а также нелюминесцирующие полимеры (полистирол, поливиниловый спирт).

Конфокальная  микроскопия

Конфокальная микроскопия  — один из методов оптической микроскопии, обладающий значительным контрастом по сравнению с микроскопами классической схемы за счет использования диафрагмы, отсекающей поток фонового рассеяного света. В конфокальном микроскопе в  каждый момент времени регистрируется изображение одной точки объекта, а полноценное изображение строится путем сканирования (движения образца  или перестройки оптической системы). Для того, чтобы регистрировать свет только от одной точки после объективной  линзы располагается диафрагма  малого размера таким образом, что  свет, испускаемый анализируемой  точкой , проходит через диафрагму  и будет зарегистрирован, а свет от остальных точек  в основном задерживается диафрагмой.Повышение  контраста изображения также  достигается за счет того, что осветитель создает не равномерную освещенность поля зрения, а фокусирует свет в  анализируемую точку. Это может  достигаться расположением второй фокусирующей системы за образцом, но при этом требуется, чтобы образец  был прозрачным. Кроме того, объективные  линзы обычно сравнительно дорогие, поэтому использование второй фокусирующей системы для подсветки мало предпочтительно. Альтернативой является использование  светоделительной пластинки, так чтобы  и падающий и отраженный свет фокусировались одним объективом. Такая схема  к тому же облегчает юстировку.Уменьшение отверстия в диафрагме приводит к уменьшению толщины оптического  слоя, что повышает контрастность  изображения, однако при этом падает его яркость, что требует использования  высокочувствительных регистрирующих систем и в процессе исследования заставляет идти на компромисс между  яркостью и контрастом получаемого изображения.Наиболее часто встречающейся задачей для конфокальной микроскопии, благодаря ее высокому разрешению и контрасту, является изучение структуры клеток и их органелл, например, цитоскелета, ЭПР, лизосом, митохондрий, ядра, хромосом и даже генов. Исследуется также колокализация в клетке двух и более веществ. Еще одна задача – исследование динамических процессов, происходящих в живых клетках. Например, клеточного транспорта биологически-активных соединений, изменений концентрации и распределения  ионов кальция. Записав в памяти компьютера серию оптических срезов, можно провести объемную реконструкцию объекта и получить его трехмерное изображение, не используя трудоемкую методику изготовления и фотографирования серийных гистологических срезов.Новыми перспективными направлениями являются методики FRAP – Fluorescence Recovery After Photobleaching (Восстановление флуоресценции после фотовыжигания) и FRET – Fluorescence Resonance Energy Transfer (Передача энергии посредством флуоресцентного резонанса).