Способ определения нарушения водного баланса внеклеточной жидкости туловища

Изобретение относится к области медицины, в частности к клиническим лабораторным методам исследования. Способ позволяет повысить точность определения нарушения водного баланса внеклеточной жидкости туловища. Проводят измерение геометрического размера тела, электрического импеданса рук Z_P, туловища Z_T и ног Z_H при их зондировании током низкой частоты посредством токовых и потенциальных электродов, наложенных на дистальные части конечностей, определение внеклеточного объема жидкости частей туловища, при этом дополнительно накладывают токовые электроды на левую и правую части шеи, последовательно пропускают зондирующие токи между электродами одноименных сторон шеи и ног и измеряют суммарный импеданс правой части туловища и правой ноги Z_ПТН, а также левой части туловища и левой ноги Z_ЛТН, при этом импеданс туловища определяют как Z_Т=0,5 (Z_ПТН+Z_ЛТН-Z_Н), при пропускании зондирующего тока между руками измеряют совместный импеданс рук и торакальной части Z_СТ, и определяют для торакальной части туловища импеданс как Z_ТТ=Z_СР-Z_Р и объем внеклеточной жидкости абдоминальной части туловища V_А определяют в виде разницы между объемами туловища V_T и торакальной части туловища V_TT, причем в качестве геометрического размера тела при вычислении объема туловища используют расстояние l - от плоскости, проходящей через верхнюю поверхность плеча до середины лучезапястного сустава при руке, расположенной вдоль туловища, а при вычислении объема торакальной части - величину, составляющую 0,4l, при этом о нарушении водного баланса внеклеточной жидкости туловища судят при несоответствии величины отношения объемов внеклеточной жидкости абдоминальной части туловища к объему торакальной части туловища значению для мужчин 1,77±0,05, а для женщин 1,78±0,06. 2 ил., 5 табл.

 

Изобретение относится к области медицины, а именно к неинвазивным методам определения объемов жидкости в частях тела, в которых в качестве зондирующего сигнала используется переменный электрический ток.

Современные методы диагностики позволяют проводить разносторонние исследования, не нарушая целостности кожного покрова у больного. Это достигается за счет использования зондирующих излучений, обладающих высокой проникающей способностью, например: рентгеновское, ультразвуковое или магнитное, а также электрического тока. В результате взаимодействия с тканями организма сигналы зондирующих излучений изменяют свои параметры, на основании чего удается получить ряд характеристик, отражающих строение организма и состояние органов и тканей.

Известен способ определения объемов жидкости тела при гемодиализе, осуществляемый путем измерения импеданса ног на низкой и высокой частотах и определения объемов внеклеточной, клеточной и общей жидкости организма на основании взаимосвязи импеданса с объемом электропроводящей жидкости в измеряемой части тела, по которым можно судить о водном равновесии организма (K.Sakamoto, H.Kanai, K.Sakurai Estimation of the fluid distribution change during hemodialysis by the electrical admittance method. Oslo, Proceedings of the XI international conference on electrical bioimpedance, 2001, 377-380).

Недостатком этого метода является низкая точность, обусловленная тем, что объемы жидкости всего организма оценивают косвенным путем, дополнительно используя параметры изменения показателей крови (гематокрит).

Ближайшим аналогом является способ определения нарушения водного баланса внеклеточной жидкости туловища с помощью устройства для определения объемного содержания внеклеточной жидкости в тканях биообъекта (Патент SU №1826864, кл. А 61 В 5/05, опубл. 1993 г.), заключающийся в измерении роста (геометрического размера тела), наложении потенциальных и токовых электродов на дистальные части конечностей, измерении импеданса рук, туловища и ног при зондировании тканей током низкой частоты и определении на основании измеренных параметров объемов внеклеточной жидкости.

Недостатком данного способа является низкая точность определения объема жидкости туловища и объемов в верхней (торакальной) и нижней (абдоминальной) его частях, которая обусловлена высокой неравномерностью распределения зондирующего тока в туловище, что не позволяет точно определить нарушение водного баланса туловища. Дополнительно неравномерность распределения плотности тока возникает вследствие того, что ткани торакальной и абдоминальной областей значительно отличаются, как по анатомическому строению, так и по количеству жидкости, содержащейся в них, например, торакальная область в значительной мере заполнена воздушным объемом трахеи и легких.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков за счет повышения точности определения объемов внеклеточной жидкости туловища и его торакальной и абдоминальной областей путем обеспечения равномерности распределения зондирующего тока в объеме туловища и использования при определении объемов частей туловища более точных величин, характеризующих геометрические размеры туловища.

Для этого в способе определения нарушения водного баланса внеклеточной жидкости туловища, включающем измерение геометрического размера тела, электрического импеданса рук Z_P, туловища Z_T и ног Z_H при их зондировании током низкой частоты посредством токовых и потенциальных электродов, наложенных на дистальные части конечностей, определения внеклеточного объема жидкости частей туловища, предложено дополнительно накладывать токовые электроды на левую и правую части шеи, последовательно пропускать зондирующие токи между электродами одноименных сторон шеи и ног и измерять суммарный импеданс правой части туловища и правой ноги Z_ПТН, а также левой частей туловища и левой ноги Z_ЛТН, при этом импеданс туловища определять как Z_T=0,5 (Z_ПТН+Z_ЛТН-Z_Н), при пропускании зондирующего тока между руками измерять совместный импеданс рук и торакальной части Z_СР, и определять для торакальной части туловища импеданс как Z_TT=Z_СР-Z_Р и объем внеклеточной жидкости этой части туловища, при этом объем внеклеточной жидкости абдоминальной части туловища определять в виде разницы между объемами туловища и торакальной части туловища, причем в качестве геометрического размера тела при вычислении объема туловища использовать расстояние l от плоскости, проходящей через верхнюю поверхность плеча до середины лучезапястного сустава при руке, расположенной вдоль туловища, а при вычислении объема торакальной части - величину, составляющую 0,4l, при этом о нарушении водного баланса внеклеточной жидкости туловища судить при несоответствии величины отношения объема внеклеточной жидкости абдоминальной части туловища к объему торакальной части туловища значению для мужчин 1,77±0,05, а для женщин 1,78±0,06.

Сущность изобретения поясняется чертежами, отражающими эквивалентную схему пространственного сопряжения импеданса частей тела, где: на фиг.1 приведена эквивалентная схема, отображающая импеданс анализируемых частей тела; на фиг.2 приведена схема алгоритма измерений импеданса частей тела.

Способ определения нарушения водного баланса внеклеточной жидкости туловища осуществляется следующим образом.

Для измерения импеданса составных частей тела используется тетраполярный метод, в котором пары токовых и потенциальных электродов накладывают на дистальные части предплечий и голеней, дополнительные токовые электроды накладывают на левую и правую части шеи. Импеданс в выбранных отведениях измеряют посредством зондирующего тока низкой частоты, коммутация которого между токовыми электродами осуществляется посредством токового коммутатора, управляемого через интерфейс контролером (фиг.2). Сигналы с потенциальных электродов через потенциальный коммутатор, измеритель напряжения и интерфейс поступают в контролер, который также управляет потенциальным коммутатором, за счет чего обеспечивается регистрация в выбранных отведениях.

Для определения импеданса туловища Z_T и его торакальной Z_ТТ и абдоминальной Z_AT частей производят измерение сигнала в следующих отведениях, включающие импеданс следующих частей тела (фиг.1):

Z_П=Z_ПР+Z_ПТ+Z_ПН, где:

Z_П - импеданс правой части тела, который измерен при прохождении тока между правой рукой и правой ногой путем измерения между ними напряжения отведения для правой части тела;

Z_ПН - импеданс правой ноги;

Z_ПТ - импеданс правой части туловища;

Z_ПР - импеданс правой руки.

Z_Л=Z_ЛР+Z_ЛТ+Z_ЛН, где:

Z_Л - импеданс левой части тела, который измерен при прохождении тока между левой рукой и левой ногой путем измерения между ними напряжения отведения для левой части тела;

Z_ЛН - импеданс левой ноги;

Z_ЛТ - импеданс левой части туловища;

Z_ЛР - импеданс левой руки.

Z_H=Z_ПН+Z_ЛН, где:

Z_H - импеданс ног, который измеряется при прохождении тока между ногами путем измерения напряжения между ними;

Z_ПТН=2_ПТ+Z_ПН, где:

Z_ПТН - импеданс правой части туловища и правой ноги, который измеряется при прохождении тока между правой частью шеи и правой ногой путем измерения напряжения между правой рукой и правой ногой;

Z_ЛТН=Z_ЛТ+Z_ЛН

Z_ЛТН - импеданс левой части туловища и левой ноги, который измеряется при прохождении тока между левой частью шеи и левой ногой путем измерения напряжения между левой рукой и левой ногой;

Z_СР=Z_ПР+Z_TT+Z_ПР, где:

Z_CP - импеданс верхней части тела, который измерен при прохождении тока между правой рукой и левой рукой путем измерения между ними напряжения отведения для верхней части тела;

Z_TT - импеданс торакальной части туловища.

Для измерения Z_T необходимо, чтобы зондирующий ток (I_З) был равномерно распределен по всему электропроводящему объему туловища. Это условие выполняется, в наибольшей степени, при расположении токовых электродов на шее и ноге. При данном расположении электродов повышается равномерность распределение I_З по площади поперечного сечения туловища и достигается продольная ориентация направления I_З по всей длине туловища. Значение Z_T получают в результате двух последовательных во времени измерений импеданса: Z_ПТН и Z_ЛТН, а также измерения Z_H, которое может производиться до или после последовательного измерения импеданса Z_ПТН и Z_ЛТН:

Z_T=0,5·(Z_ПТН+2_ЛТН-Z_Н)

Особенность измерения Z_T заключается в том, что он производится между двумя мнимыми "электрическими границами": первая проходит на уровне тазобедренных суставов по нижней линии тока при его прохождении по ногам, вторая по линии, проходящей в верхней плоскости между плечами, т.е. по наивысшей эквипотенциальной поверхности в области плеч. В совокупности с равномерным распределением I_З в туловище за счет фиксации токовых электродов на шее и ногах и с учетом последовательного во времени измерения импеданса правой и левой частей тела удается получить значение Z_T, которое достоверно отображает импеданс туловища.

Импеданс правой руки Z_ПР определяют из результатов измерений импеданса Z_П и импеданса Z_ПТН:

Z_П-Z_ПТН=Z_ПР

Импеданс левой руки Z_ЛР определяют из результатов измерений импеданса Z_Л и импеданса Z_ЛТН:

Z_Л-z_ЛТН=Z_ЛР

Импеданс торакальной части туловища Z_ТТ определяют из результатов измерения импеданса Z_СР и импеданса Z_ПР и Z_ЛР:

Z_TT=Z_СР-Z_ПР-Z_ЛР

Импеданс абдоминальной части туловища Z_AT определяют из результатов измерения импеданса Z_T и импеданса Z_TT:

Z_AT=Z_T-Z_TT

Импеданс тканей (Z_НЧ), измеренный на низкой частоте (5 кГц), обусловлен прохождением тока по пространству, заполненному внеклеточной жидкостью.

Объемы внеклеточной (V_ВН) жидкости для туловища определяют согласно известной биофизической модели на основании величины их импеданса (Z_ВН), удельного сопротивления жидкости тела (ρ) и длины части тела (l) по следующим формулам:

V_BH=ρ·l²/Z_BH, где:

Z_НЧ - импеданс тканей, измеренный на низкой частоте (НЧ) 5 кГц.

В качестве базовой длины (l) измеряют расстояние от плоскости, проходящей через верхнюю поверхность плеча до середины лучезапястного сустава и на основании ее величины и известных антропометрических соотношений определяют значения, используемые в качестве длины для исследуемых частей тела:

l_T=1; l_TT=0,4·1; где:

l_T - величина, используемая для определения объемов туловища;

l_ТТ - величина, используемая для определения объема торакальной части туловища.

Величина удельного сопротивления (ρ), используемая для определения объемов жидкости, была уточнена в процессе биоимпедансного контроля медицинских процедур осуществляющих дефицит жидкости в организме: гемодиализ, плазмафорез. Для частоты зондирующего тока 5 кГц и измерения импеданса тетраполярным методом: ρ=70 Ом·см.

Значения импеданса: Z_П, Z_Л, Z_H, Z_ПТН, Z_ЛТН, Z_СР получают, используя для измерений анализатор АВС-01 (Медасс) или аналогичный прибор, например, выполненный по приведенной схеме (фиг.2).

Метрологическая достоверность способа наглядно демонстрируется при проведении контроля объемов жидкости у больных, которым в процессе терапии создавалась количественная динамика объемов внеклеточной жидкости. В первом случае это происходило после введения физиологического раствора в вену руки. При данной процедуре в первое время после введения, в основном, изменяется объем внеклеточной жидкости торакальной области. Во втором случае производили контроль за объемом внеклеточной жидкости в процессе замены раствора в брюшной полости у больной, находящейся на перитониальном диализе. При данной процедуре изменяется объем внеклеточной жидкости в абдоминальной области.

Измерения импеданса проводились прибором «АВС-01 МЕДАСС» посредством 5-ти пар электродов, наложенных на голени запястья и шею. Импеданс рук, туловища и ног измеряли на низкой (5 кГц) частоте. В качестве "базового межэлектродного расстояния" - "l" с точностью до 1 см измеряли расстояние от плоскости, проходящей через верхнюю поверхность плечевого до середины лучезапястного сустава.

Нормальные значения величин отношения объемов внеклеточной жидкости абдоминальной и торакальной областей (V_A/V_TT) для мужчин и женщин были получены в результате обследования 140 здоровых добровольцев в возрасте от 16 до 55 лет, из них 80 мужчин и 60 женщин с нормальной величиной АД, и индекс массы тела которых составлял 19-25.

Диапазон величин "l" у мужчин составил от 49 до 62 см. На основании измеренных величин "l" результаты измерения импеданса были разделены (с шагом 1 см) на 14 групп с индексами: "49 м ÷ 62 м". Величины измеренных объемов внеклеточной жидкости для торакальной области испытуемых находились в диапазоне 1,76÷2,83 л, а для абдоминальной области в диапазон е 3,16÷5,05 л. Статистический анализ средних величин V_A/V_TT анализируемых групп мужчин "49 м ÷ 62 м" показал, что при увеличении величины "l" величины V_A/V_TT остаются относительно стабильными и выражаются следующими средними статистическими значениями 1,77±0,05.

Диапазон величин "1" у женщин составил от 46 до 56 см. На основании измеренных величин "1" результаты измерения импеданса были разделены (с шагом 1 см) на 11 групп с индексами: "46 ж ÷ 56 ж".Величины измеренных объемов внеклеточной жидкости для торакальной области испытуемых находились в диапазоне 1,27÷2,18 л, а для абдоминальной области в диапазоне 2,61÷3,88 л. Результаты статистического анализа средних величин "А/Т" для групп женщин "46 ж ÷ 56 ж", проведенного аналогично, как для групп мужчин составили 1,78±0,06.

Пример 1.

Больной М., 18 лет, вес 47 кг, l=51 см. Проводился биоимпедансный контроль объемов жидкости в организме до процедуры ПФ и в момент введения 300 мл. физиологического раствора перед проведением процедуры плазмафореза. Значения импеданса, измеренные в отведениях до введения физиологического раствора в приведены табл.1, а вычисленные значения импеданса для частей тела до и в процессе введения в таблице 2:

Таблица 1
Импеданс в отведениях, Ом
ZП	ZЛ	ZH	ZПТН	ZЛТН	ZCP
641,5	555,4	534,9	319,0	294,0	601,3
Таблица 2
Введенный объем, мл	Импеданс частей тела и областей туловища, Ом
Туловище ZT	Торакальная ZТТ	Абдоминальная ZA
0	39,07	8,22	30,35
+200	37,77	7,37	30,4
+250	37,08	7,13	29,95
+300	36,93	6,78	30,15

Величины объемов: V_BH жидкостей, вычисленные согласно формулам биофизической модели, приведены в таблице:

Таблица 3
Части тела	Объемы жидкости в частях тела и областях туловища, л.
До введения физраствора	Введено 0,2 л	Введено 0,25 л	Введено 0,3 л
Туловище	4,68	4,85	4,93	4,95
Торакальная	1,67	1,76	1,79	1,81
Абдоминальная	3,01	3,09	3,14	3,14
Отношение	1,80	1,76	1,75	1,73
VA/VTT
Изменение объема
внеклеточной	0	0,17	0,25	0,27
жидкости

Анализ полученных величин объемов жидкости (табл.3) показывает: величины, на которые увеличивается объем внеклеточной жидкости туловища в процессе введения физиологического раствора, хорошо согласуются с вводимыми объемами;

величина отношения V_A/V_TT в процессе введения физиологического раствора в вену снижается, таким образом, достоверно демонстрируются возможности метода по отображению процесса перераспределения внеклеточной жидкости между абдоминальной и торакальной областями туловища.

Пример 2.

Больная Г., 35 лет, вес 51,4 кг, l=54 см, первый месяц проводится перитонеальный диализ, объем вводимого раствора 2,5% в брюшную полость: 2,5 литра.

Определяли предложенным способом изменения объемов жидкости в частях тела в течение одной процедуры замены раствора в животе: "полный живот→пустой живот→полный живот". Динамика изменения объемов внеклеточной жидкости приведена в таблице 4.

Таблица 4
Части тела	Объемы жидкости в частях тела и областях туловища, л
полный живот	пустой живот	полный живот
Руки	1,24	1,24	1,23
Туловище	8,98	7,44	8,72
Торакальная	3,10	2,63	2,91
Абдоминальная	5,88	4,81	5,81
Отношение VA/VTT	0	1,54	0,26
Изменение объема
внеклеточной	1,90	1,83	2,00
жидкости

За время процедуры по замене раствора в животе объемы внеклеточной жидкости достоверно снизились только в туловище на 1,54 л и остались на прежнем уровне в руках. Объем внеклеточной в абдоминальной области снизился на 1,07 л, после чего повысился на 1,0 л, что хорошо согласуется с динамикой объемов заменяемого раствора. Динамика изменения объема жидкости в туловище 0,26 л хорошо согласуется с динамикой объемов слитого 2,7 л и залитого растворов 2,5 л (разность 0,2 л).

Полученные результаты в виде: синхронного снижения значений объемов внеклеточной жидкости во время процедуры демонстрируют возможности способа отображать динамику объемов жидкости в частях тела на коротких интервалах времени.

Во время процедуры вычисление объема клеточной жидкости должно производится с коррекцией, учитывающей повышенную электропроводность вводимого раствора, в приведенном примере концентрация раствора 2,5%, т.е. более чем в два раза превышала концентрацию изотонического раствора.

Изменение величины отношения V_A/V_TT достоверно отображает динамику увеличения объема внеклеточной жидкости в абдоминальной области относительно торакальной.

По сравнению с прототипом, осуществляющим определение объемов жидкости в частях тела путем зондирования током низкой частоты, заявленный способ имеет следующие преимущества:

точность определения импеданса туловища, а следовательно, и объема его жидкости повышается за счет более равномерного распределения зондирующего тока в торакальной области, не охватываемой прототипом и составляющей ≈20% от всего объема туловища;

точность определения объемов внеклеточной жидкости торакальной и абдоминальной областей туловища в предложенном способе позволяет достоверно определять динамику объемов в областях при проведении процедур по введению или замене растворов больным.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность неинвазивного определения объемов внеклеточной, в туловище и его областях за счет измерения параметров туловища в более полном объеме.

Пример 3.

Больному У., 24 лет, весом 56 кг, l=57 см, синдромом полиорганной недостаточности, развившимся на фоне разлитого фиброзно-гнойного перитонита, проводилась в течение 24 часов непрерывная процедура вено-венозной гемофильтрации. Биоимпедансный контроль объемов жидкости в организме проводился до и после проведения процедуры, а также на 6-е и 8-е сутки после ее окончания результаты измерений приведены в табл.5.

Величина объема жидкости у больного, измеренная до проведения процедуры, показала, что больной находится в состоянии дегидратации. Исходя из чего гемофильтрация проводилась в режиме гемодилюкции с положительным балансом за время процедуры равным 1,8 л. Дополнительно за время процедуры проводилась массивная инфузионная терапия в объеме 8,0 л. Диурез за время процедуры составил 3,0 л, а отделяемое по дренажам 3,1 л. Следовательно, больному за время процедуры введено жидкости 9,8 л, выведено им за этот же период 6,1 л. При нормальных условиях температуры и влажности в палате организм теряет посредством перспирации от 0,8-1,0 л воды, образующих так называемые неощутимые потери. С учетом нормальной температуры тела больного и проводимую ИВЛ с подачей увлажненного кислорода потери от перспирации составили 0,8 л и, следовательно, общее количество жидкости, выделенное организмом за время процедуры, составило 6,9 л. Исходя из чего за время процедуры у больного был достигнут положительный баланс жидкости в объеме 2,9 л.

По результатам биоимпедансных измерений объем жидкости у больного за время процедуры увеличились: в туловище на 2,96 л (табл.5), а в руках и ногах соответствено на 0,15 и 0,68 л. Исходя из чего измеренный биоимпедансным методом положительный баланс жидкости составил 3,79 л.

Анализ величин рассчитанного (2,9 л) и измеренного (3,79 л) баланса жидкости у больного за время процедуры показал, что их разность составляет 0,89 л, которая относительно общего объема жидкости, задействованного в процедуре, равного 16,7(9,8+6,9) л, составляет 5,3%. Данные результаты свидетельствуют о том, что предложенный метод позволяет достаточно точно контролировать динамику объемов жидкости у больных, которым проводятся длительные, с большими объемами инфузионные процедуры.

Величина отношения объемов V_A/V_TT за время процедуры не изменилась и составляла 1,81. Следовательно, можно сделать вывод о том, что процедура относительно распределения жидкости в туловище была проведена адекватно, а нормализация данного параметра на 6-е сутки до 1,76 дополнительно отражает общую положительную динамику в лечении.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность неинвазивного определения объемов внеклеточной жидкости в туловище и его областях за счет измерения импеданса туловища в более полном объеме, а также достоверно оценивать возникающие нарушения водного баланса внеклеточной жидкости между абдоминальной и торакальной областями, что позволяет корректировать тактику лечения и снизить количество осложений при терапии выделительной системы организма.

Способ определения нарушения водного баланса внеклеточной жидкости туловища, включающий измерение геометрического размера тела, электрического импеданса рук Z_P, туловища Z_T и ног Z_H при их зондировании током низкой частоты посредством токовых и потенциальных электродов, наложенных на дистальные части конечностей, определение внеклеточного объема жидкости частей туловища, отличающийся тем, что дополнительно накладывают токовые электроды на левую и правую части шеи, последовательно пропускают зондирующие токи между электродами одноименных сторон шеи и ног и измеряют суммарный импеданс правой части туловища и правой ноги Z_ПТН, а также левой части туловища и левой ноги Z_ЛТН, при этом импеданс туловища определяют как Z_T=0,5 (Z_ПТН+Z_ЛТН-Z_Н), при пропускании зондирующего тока между руками измеряют совместный импеданс рук и торакальной части Z_СТ и определяют для торакальной части туловища импеданс как Z_ТТ=Z_СР-Z_Р и объем внеклеточной жидкости абдоминальной части туловища V_А определяют в виде разницы между объемами туловища V_Т и торакальной части туловища V_TT, причем в качестве геометрического размера тела при вычислении объема туловища используют расстояние l от плоскости, проходящей через верхнюю поверхность плеча до середины лучезапястного сустава при руке, расположенной вдоль туловища, а при вычислении объема торакальной части - величину, составляющую 0,4l, при этом о нарушении водного баланса внеклеточной жидкости туловища судят при несоответствии величины отношения объемов внеклеточной жидкости абдоминальной части туловища к объему торакальной части туловища значению для мужчин 1,77±0,05, а для женщин 1,78±0,06.