способ определения локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом бульбарной конъюнктивы

Формула изобретения

Способ определения локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом бульбарной конъюнктивы, включающий бесконтактную установку рабочего конца волоконно-оптического зонда с расстоянием между принимающим и передающим волокнами величиной 1 мм перпендикулярно проекции субконъюнктивальной вены, расположенной в зоне интереса, проведение спектрофотометрии в видимом свете и определение локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом по формуле:

где SO₂ - локальное тканевое насыщение гемоглобина кислородом;

с_Hb - коэффициент концентрации дезоксигенированного гемоглобина;

с_HbO2 - коэффициент концентрации оксигенированного гемоглобина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к офтальмологии и предназначено для определения локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом бульбарной конъюнктивы.

Поддержание условий жизнедеятельности клеток и обеспечение их разнообразных функций является основной задачей микроциркуляции. Обмен между кровью и клетками является строго регламентированным процессом, так как в необходимых условиях его интенсивность должна соответствовать функциональной активности клеток. Изучение состояния микроциркуляции тканей дает основание для суждений о состоянии тканей, поскольку микроциркуляторная гемодинамика обеспечивает условия трансмурального переноса веществ через эндотелий капилляров и их доставку к клеткам.

Известны способы оценки состояния микроциркуляции бульбарной конъюнктивы (RU 2275846, 10.05.2006; RU 2269288, 10.02.2006; RU 2068648, 10.11.96). Эти способы состоят в биомикроскопии бульбарной конъюнктивы и анализе изображений с качественно-количественной оценкой основных структурных единиц микроциркуляторного русла. По состоянию микроциркуляции бульбарной конъюнктивы судят о состоянии микроциркуляции органов и системы кровообращения в целом. Эти данные используются в кардиологии, эндокринологии, нефрологии, но не используются для оценки метаболического состояния ткани самой конъюнктивы.

Известно, что патологические процессы, протекающие в организме, меняют тканевой метаболизм. При этом воспалительные реакции инфекционной или аутоиммунной этиологии могут вызывать изменения в потреблении кислорода тканями вследствие различных процессов. Изменения потребности ткани в кислороде могут также возникнуть при повышении нагрузки на отдельный орган (Nunn JF. Applied Respiratory Physiology (3rd Edition). - Butterworths, 1987, West JB. Respiratory Physiology (4th Edition). Williams and Wilkins, 1990).

В то же время инфекционные и аллергические воспаления переднего отрезка глаза, поражения конъюнктивы при синдроме недостаточной продукции слезной жидкости, длительные инстилляции лекарственных препаратов, продолжительные зрительные нагрузки, ношение контактных линз, а также хирургические вмешательства меняют метаболические характеристики конъюнктивы (Майчук Ю.Ф., Куренков В.В., Кашникова О.А. В кн.: Актуальные вопросы воспалительных заболеваний глаз. - М., 2001. - С.232-234; Майчук Ю.Ф. Аллергические заболевания глаз. - М., 1983. - 223 С.).

Определения локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом бульбарной конъюнктивы может охарактеризовать тяжесть патологического процесса. Однако до настоящего времени исследования по определению локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом бульбарной конъюнктивы не проводились.

В то же время известен способ оксигемометрии, т.е. оценки степени насыщения гемоглобина в артериальном русле (сатурации), который активно применяется для изучения динамики насыщения артериальной крови кислородом у человека в состоянии покоя и при различных функциональных нагрузках, интраоперационно, при непрерывном и длительном наблюдении за больным, находящимся в реанимационном отделении (Морган Д.Э., Михаил М.С. Клиническая анестезиология. Кн.1. С-Пб., 1998. С.99-149). При этом датчик устанавливают в периферических отделах организма, например, на пальцах, мочке уха или крыле носа. В датчике находятся два светодиода, один из которых излучает видимый свет красного спектра (660 нм), другой - в инфракрасном спектре (940 нм). Свет проходит через ткани к фотодетектору, при этом часть излучения поглощается кровью и мягкими тканями, в зависимости от концентрации в них гемоглобина. Количество поглощенного света каждой из длин волн зависит от степени оксигенации гемоглобина в тканях. Микропроцессор способен выделить из спектра поглощения пульсовой компонент крови, т.е. отделить компонент артериальной крови от постоянного компонента венозной или капиллярной крови. По показаниям сатурации косвенным образом в какой-то степени можно судить о состоянии оксигенации органов. При этом не определяется локальное тканевое насыщение гемоглобина кислородом, именно которое и может отражать метаболическое состояние ткани.

В то же время известны способы определения локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом (оксиметрия) с помощью спектроскопии в видимом свете, которую также называют волоконно-оптической спектрометрией или спектрометрией обратного диффузного отражения света (D.A.Benaron et al. Continuous, noninvasive, and localized microvascular tissue oximetry using visible light spectroscopy. // Anesthesiology, 2004, 100:1469-75; Стратонников А.А. и др. Использование спектроскопии обратного диффузного отражения света для мониторинга состояния тканей при фотодинамической терапии // Квантовая электроника, 36, №12, 2006). Этот способ позволяет определять наличие гипоксии или ишемии ткани путем измерения локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом в небольших тканевых объемах. Эти определения были проведены для мышц, слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, кожи.

В основе способа заложен принцип спектроскопии отраженного света с дальнейшим расчетом оксигенации ткани. Рабочий конец волоконно-оптического зонда может быть зафиксирован на любой ткани, содержащей достаточно богатую микроциркуляторную сеть (кожа, слизистая). При этом возможно проведение локальной оксигемометрии на микроциркуляторном уровне, т.е. в самих капиллярах. Данный способ также нашел применение в оценке общей ишемии организма при хирургических вмешательствах и наблюдении за больным в реанимационном отделении.

Однако возможность оценки метаболического состояния бульбарной конъюнктивы с помощью показателя локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом не обнаружена в уровне техники.

Особенности строения бульбарной конъюнктивы состоят в том, что она крайне бедна микроциркуляторным руслом, прозрачна и бесцветна, а это делает определение локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом невозможным в том виде, как этот способ описан в уровне техники для других тканей.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа определения локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом бульбарной конъюнктивы с помощью волоконно-оптической спектроскопии.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность оценки состояния метаболизма бульбарной конъюнктивы в норме, патологии и при различных способах лечения заболеваний переднего отрезка глаза.

Технический результат достигается за счет измерения локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом в визуализированных субконъюнктивальных венах исследуемой зоны бульбарной конъюнктивы с установлением рабочего конца зонда волоконно-оптического световода перпендикулярно проекции вены с расстоянием между принимающим и передающим волокнами величиной 1 мм и проведения спектрофотометрии в видимом свете с определением локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом по формуле

где SO₂ - локальное тканевое насыщение гемоглобина кислородом;

C_Hb - коэффициент концентрации дезоксигенированного гемоглобина;

C_HbO2 - коэффициент концентрации оксигенированного гемоглобина.

Мы исходили из того, что посткапиллярные венулы фактически являются сосудами капиллярного типа и мало отличаются от соматических капилляров. Различия в строении стенок венул не очень существенны для детерминации их транспортных свойств. Толщина стенки и сложность ее организации в венулярных сосудах вполне сопоставимы с характеристиками истинных капилляров (Банин В.В. Механизмы обмена внутренней среды. РГМУ, 2000, с.101-102). Такими образом, венулы обладают свойствами транспортных каналов, через которые осуществляется обмен между кровью и окружающим сосуды пространством. Кроме того, в наших исследованиях были разработаны приемы, позволяющие адаптировать известный способ локальной оксиметрии для ткани бульбарной конъюнктивы. Это относится, в частности, к положению световода в отношении венулы и к расстоянию между принимающим и передающим световодами.

Способ осуществляется следующим образом.

Пациента сажают за щелевую лампу, например «ЩЛ-2Б» (прибор, предназначенный для осмотра глаза под увеличением различной степени). С помощью данного прибора проводят осмотр бульбарной конъюнктивы, дифференцируют субконъюнктивальные вены от прочих сосудов и визуализируют их.

Далее используют рабочий конец волоконно-оптического зонда (состоящий из двух - передающего и воспринимающего) с диаметрами, соответственно 600 и 200 микрон, причем через передающий световод освещают исследуемый участок галогеновой лампой в спектральном диапазоне 400-700 нм. Его располагают на минимальном расстоянии (до 1 мм) над бульбарной конъюнктивой, содержащей участок исследуемого сосуда в зоне интереса и перпендикулярно ему. Свет, отраженный от освещенной ткани и поступающий в воспринимающий световод, поступает в волоконно-оптический спектрометр ЛЭСА-01-Биоспек (ЗАО «Биоспек»), где анализируется спектральное соотношение оксигенированного и дезоксигенированного гемоглобина с вычислением локального тканевого насыщения гемоглобина венозной крови кислородом по формуле:

где SO₂ - локальное тканевое насыщение гемоглобина кислородом (оксигенация);

C _Hb - коэффициент концентрации дезоксигенированного гемоглобина;

C_HbO2 - коэффициент концентрации оксигенированного гемоглобина.

Исследователь фиксирует пять различных значений на каждом участке, после чего рассчитывает среднюю величину оксигенации гемоглобина и в дальнейшем, сравнивая ее с нормальными возрастными показателями, оценивает состояние метаболизма тканей переднего отрезка глаза в различных условиях, в частности при использовании лекарственных препаратов.

Для определения нормальных возрастных показателей нами проведено исследование SO₂ в трех возрастных группах: 20-40, 40-60 и 60-70 лет. Из числа обследуемых исключались пациенты с выраженной общесосудистой патологией, с сосудистой, воспалительной патологией глаз и прочими заболеваниями, теоретически способными изменить общий уровень сатурации крови. Средний уровень сатурации составил 60-62% (p<0,05) для группы 20-40 лет, 56-60% для группы 40-60 лет (p<0,05) и 54-56% для группы 60-80 лет (p<0,05). Кроме того, нами проведены исследования данного показателя у больных с глаукомой без терапевтического лечения и с применением лекарственных гипотензивных препаратов, а также у больных с инфекционно-аллергическими заболеваниями переднего отрезка глаза.

Пример 1. Больной Т., 65 лет. Обратился для подбора очков. Другие субъективные жалобы отсутствуют. Ранее к офтальмологу не обращался, глазные капли не закапывал.

При обследовании установлено: острота зрения обоих глаз с коррекцией 1,0, внутриглазное давление - 28 мм рт.ст. по Маклакову в обоих глазах, сужение полей зрения в верхне-носовом квадранте, открытый угол передней камеры с эндогенной пигментацией средней интенсивности, расширение экскавации зрительного нерва обоих глаз до 0,6.

На основании результатов обследований пациенту поставлен диагноз: Первичная открытоугольная глаукома II стадии с некомпенсированным офтальмотонусом.

Проведено измерение уровня оксигенации бульбарной конъюнктивы по предложенному способу. При этом рабочий конец волоконно-оптического зонда устанавливали в верхней зоне (над роговицей) и в нижней.

Показания составили, соответственно 55,3 и 54,7%. Показатели оксигенации соответствуют возрастным нормативам, что свидетельствует об отсутствии у пациента гипоксии бульбарной конъюнктивы при первичной открытоугольной глаукоме. Этот пример подтверждает полученные нами данные в группе больных, что глаукомный процесс сам по себе не влияет на оксигенацию бульбарной конъюнктивы.

Пример 2. Больной С., 69 лет. Находится на постоянном наблюдении у врача-офтальмолога с диагнозом: Первичная открытоугольная глаукома II стадии с компенсированным офтальмотонусом правого глаза. В течение 2-х лет закапывает препарат Фотил 2 раза в сутки в правый глаз. Имеется характерное для глаукомы сужение поля зрения на правом глазу, однако нормализация офтальмотонуса до 19 мм рт.ст. по Маклакову привела к стабилизации глаукоматозной нейропатии в течение срока наблюдения (2 года).

На левом глазу глаукома не диагносцирована, офтальмотонус равен 20 мм рт.ст. по Маклакову, местное лечение не проводится.

Уровень оксигенации бульбарной конъюнктивы правого глаза верхней зоны составил 50,4%, нижней - 52,8%, что свидетельствует о тканевой гипоксии бульбарной конъюнктивы.

Показания оксигенации левого глаза составили 55,8% в верхней и 55,6% в нижней зоне, что соответствует возрастной норме.

Таким образом, длительные инсталляции лекарственного препарата Фотил способствовали развитию гипоксии бульбарной конъюнктивы правого глаза пациента.

Таким образом, длительное применение Фотила отрицательно сказывается на метаболизме конъюнктивы. Это может снизить эффект планируемой антиглаукоматозной операции. Следовательно, до лечения конъюнктива имела значительно лучший метаболический уровень. Полученные данные дают возможность выбирать препараты, не оказывающие отрицательного действия на метаболизм конъюнктивы. Имея такие данные, можно выбирать лекарственный препарат исходя из его местного воздействия на метаболическое состояние конъюнктивы или говорить о необходимости раннего хирургического вмешательства, поскольку длительное применение гипотензивных капель оказывает отрицательное воздействие.

Пример 3. Больной К., 25 лет. Ранее к офтальмологу не обращался. Обратился с жалобой на зуд и выделения гнойного характера из обоих глаз. При осмотре - выраженная гиперемия и расширение фолликулов конъюнктивы обоих глаз. При анализе мазка с конъюнктивы выделен возбудитель из группы стафилококков.

На основании данных осмотра и гистологического исследования мазка поставлен диагноз: Острый бактериальный конъюнктивит обоих глаз. Уровень оксигенации бульбарной конъюнктивы верхней зоны (над роговицей) составил 53,7%, нижней - 54,5%, что свидетельствует о конъюнктивальной гипоксии вследствие острого инфекционного воспаления. Это подтверждает, что исследуемый показатель является отражением нарушения метаболизма исследуемой ткани, поскольку воспалительная реакция объективно снижает уровень обмена. Известно, что локальная воспалительная реакция способствует существенному нарушению тканевых метаболических процессов, сопровождаясь повышением проницаемости сосудистой стенки, местным отеком тканей, гиперемией и нарушением газового (в первую очередь, кислородного) обмена. Таким образом, исследуемый нами показатель локального тканевого насыщения крови кислородом с высокой степенью объективности отражает нарушение кислородного обмена в воспаленном участке, подтверждая наличие метаболических изменений.

Таким образом, предложенный способ решает задачу определения локального тканевого насыщения гемоглобина кислородом бульбарной конъюнктивы с помощью волоконно-оптической спектроскопии. Дальнейшее его применение в офтальмологии позволит проводить объективное исследование нарушения метаболических процессов исследуемой ткани, что окажет помощь в оценке тяжести патологического процесса и эффективности проводимого медикаментозного лечения. Способ поможет оценить степень выраженности местных побочных эффектов применяемых и исследуемых препаратов, а также провести правильный выбор лекарственной терапии. Результаты способа будут полезными в выборе сроков, прогнозировании и оценке эффективности лазерного и хирургического лечения офтальмопатологий.