челюстно-лицевой хирургии Росмедтехнологий»
исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии
Росмедтехнологий».
Авторы: проф. Н.К. Логинова, докт. мед. наук С.Н. Ермольев, канд.
техн. наук В.В. Сидоров, канд. мед. наук И.Е. Гусева, А.П. Шериев
Новая медицинская технология заключается в воздействии на твердые
ткани зуба лазерным излучением и компенсации сигнала цвета зуба для
получения достоверной регистрации флуктуаций кровотока в
микроциркуляторном русле пульпы зуба.
Медицинская технология предназначена для диагностики витальности
пульпы при травме зуба и мониторирования ее состояния при лечении
кариеса и пульпита с применением биологического метода.
Может быть использована врачами-стоматологами в
стоматологических поликлиниках и отделениях функциональной
диагностики.
Рецензенты: проф. Л.А. Дмитриева – зав. кафедрой терапевтической
стоматологии факультета повышения квалификации врачей-стоматологов и
преподавателей ГОУ ВПО «МГМСУ Росздрава»; профессор кафедры
нормальной физиологии ГОУ ВПО «Российского университета дружбы
народов» проф. А.Е. Северин.
© ФГУ «ЦНИИС и ЧЛХ Росмедтехнологий», 2008
спектральным анализом колебаний кровотока является одним наиболее
распространенных методов в медицине в связи с неинвазивностью и
безвредностью проведения исследований у человека. Метод позволяет
получить максимальную информацию о нарушениях регуляторных
механизмов кровотока в микроциркуляторном русле, которые подлежат
коррекции.
Обладая высокой чувствительностью к изменениям
микрогемодинамики, метод ЛДФ имеет неоспоримое преимущество перед
другими методами исследования микроциркуляции, так как позволяет
оценивать состояние функционирования механизмов управления
кровотоком.
Предлагаемая медицинская технология представлена новыми техническими решениями, позволяющая улучшить качество регистрации допплерограмм и обработку полученных результатов, а также новыми диагностическими подходами к исследованию состояния микроциркуляции в пульпе зуба на основе оценки быстрых и медленных колебаний
микрокровотока.
Показания к использованию медицинской технологии
• Травма зубов.
• Кариес зубов.
• Пульпиты.
• Препарированные зубы.
Противопоказания к использованию медицинской технологии
Не выявлено.
Материально-техническое обеспечение медицинской технологии
Компьютеризированный лазерный анализатор капиллярного кровотока
ЛАКК-02 (ООО Научно-производственное предприятие «ЛАЗМА» Россия)
Регистрационное удостоверение МЗ РФ №29/03020703/5555-03 от 11.09.2003
г.
Описание медицинской технологии
Методику исследования пациентов проводят в стоматологическом
кресле, в положении сидя. Необходимые факторы обследования: отсутствие какого-либо воздействия на твердые ткани зубов, слизистую оболочку рта и десны (чистка зубов, прием жесткой пищи, использование жевательной резинки и т.д.) и психоэмоциональной нагрузки не менее чем за 1 час до обследования. Перед регистрацией записи лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ) измеряют артериальное давление, которое может изменять достоверность полученных результатов.
Перед исследованием микроциркуляции в пульпе зуба проводят аппаратную компенсацию уровня сигнала, обусловленного цветом зуба и
влияющего на величину сигнала, получаемого непосредственно с пульпы.
Для этого световод в черной эластичной насадке устанавливают в верхней
трети коронки исследуемого зуба и получают биологический ноль в приборе методом автоматического вычитания (Решение о выдаче патента по заявке №2007125741 от 09.07.2007 г).
После этого световодный зонд устанавливают перпендикулярно вестибулярной или щечной поверхности зуба в пришеечной области на 2 мм выше десневого края в зоне коронковой части пульпы. Установка
световодного зонда проводится без выраженного давления на зуб во
избежание реакции сосудов периодонта, тесно связанных с сосудистой
ситемой пульпы зуба. Находят полезный сигнал колебаний кровотока в
микроциркуляторном русле пульпы, регистрируют ЛДФ-грамму в течение 3-
5 мин и проводят ее последующую обработку в автоматическом режиме.
Предварительно по этой методике проводят регистрацию ЛДФ-грамм с
интактного симметричного зуба. Для диагностики витальности зуба,
состояния кровотока в пульпе, при кариесе, пульпите и заболеваниях
пародонта сравнивают допплерограммы исследуемого зуба и интактного
симметричного.
После регистрации ЛДФ-грамм на монитор выводятся средние
статистические значения флоуметрии (амплитуд сигнала на выходе прибора): величина среднего потока перфузии крови – М в интервале времени регистрации, среднеквадратичное отклонение – σ и интегральный показатель вариаций – KV данного процесса, расчетные параметры которых позволяют проводить общую оценку состояния гемомикроциркуляции.
Более детальный анализ функционирования микроциркуляторного русла проводится при анализе амплитудно-частотного спектра с применением математических аппаратов Фурье - и Вейвлет - преобразования.
Регистрируемый ЛДФ-граммой колебательный процесс является результатом наложения колебаний, обусловленных активными и пассивными факторами регуляции микроциркуляции (рис. 1).
Ритмическая структура флаксмоций выявляется с помощью
амплитудно-частотного спектра ЛДФ-грамм и является результатом
различных (нейрогенных, миогенных, дыхательных, сердечных и других)
влияний на состояние микроциркуляции. При этом определяется
характеристика потока эритроцитов – среднеквадратичное отклонение,
обозначаемое σ. Соотношение между перфузией кровью ткани – М и
величиной ее изменчивости – σ (флаксом) оценивается коэффициентом
вариации – КV, характеризующим вазомоторную активность микрососудов:
.gif)
.gif)
микрососудах пульпы зуба, анализируют также ритмические изменения этого потока с помощью специальной программы, основанной на использовании математического аппарата. В результате спектрального разложения ЛДФ- граммы на гармонические составляющие колебаний капиллярного кровотока пульпы зуба представляется возможность дифференцирования различных ритмических составляющих флаксмоций (рис. 2), что важно для диагностики влияний механизма регуляции на нарушение потока крови в микроциркуляторном русле. Каждая ритмическая компонента при спектральном анализе ЛДФ-граммы характеризуется двумя параметрами: частотой – F и амплитудой – А. Наиболее принципиальным является вопрос о том, какие частоты флаксмоций имеют физиологическое значение, ибо этим определяется диагностическая ценность использования ЛДФ для оценки нарушений механизмов регуляции микроциркуляции.
.gif)
Рис. 2. Амплитуды колебаний сосудистой стенки в пульпе зуба
(Вейвлет-преобразование ЛДФ-граммы).
В амплитудно-частотном спектре флаксмоции ЛДФ-граммы
укладываются в диапазоне частот от 0,0095 до 1,6 Гц. Наиболее значимыми в диагностическом плане являются медленные волны (рис. 2): эндотелиальные (Э), обусловленные функционированием эндотелия - выбросом (Э) (Н) (М) (Д) (С) вазодилататора NO; нейрогенные (Н), связанные с симпатическими адренергическими (в основном терморегуляторными) влияниями на гладкие мышцы артериол и артериолярных участков артериоло-венулярных анастомозов; миогенные - (М), связанные с состоянием мышечного тонуса прекапилляров, регулирующего приток крови в нутритивное звено микроциркуляторного русла.
Быстрые (высокочастотные) волны в ЛДФ-грамме - это дыхательные
волны (Д) (рис. 2). Эти флаксмоции обусловлены распространением в
микрососуды со стороны путей оттока крови волн перепадов давления в
венозной части кровеносного русла. Они преимущественно связаны с
дыхательными экскурсиями грудной клетки. Увеличение амплитуды
дыхательной волны в микроциркуляторном русле обусловлено изменениями венозного давления при легочной механической активности -
присасывающим действием «дыхательного насоса». Местом локализации
дыхательных ритмов в системе микроциркуляции являются венулы.
Наиболее явно респираторные колебания проявляются, если снижается
градиент артерио-венозного давления.
Диагностическое значение дыхательной волны заключается в ее связи с
венулярным звеном. Например, увеличение амплитуды дыхательной волны указывает на снижение микроциркуляторного давления. Ухудшение оттока крови из микроциркуляторного русла может сопровождаться увеличением объема крови в венулярном звене. Это обстоятельство приводит к росту амплитуды дыхательной волны в ЛДФ-грамме.
Амплитуда пульсовой волны сердечного цикла (С) (рис. 2), осуществляющейся притоком крови в микроциркуляторное русло со стороны артерий, является показателем, который изменяется в зависимости от состояния тонуса резистивных сосудов. Очевидно, что при снижении сосудистого тонуса увеличивается объем притока артериальной крови в микроциркуляторное русло, модулированной пульсовой волной. Увеличение амплитуды пульсовой волны может наблюдаться вследствие уменьшения эластичности сосудистой стенки.
Природа пульсовых флаксмоций достаточно хорошо известна: они
обусловлены изменениями скорости движения эритроцитов в микрососудах, вызываемыми перепадами систолического и диастолического давления.
Величина амплитуды пульсовой волны положительно связана с
амплитудами колебаний кровотока, обусловленных функционированием
нейрогенного и миогенного механизмов регуляции кровотока, от которых
зависит диаметр просвета артериол и артериоло-венулярных анастомозов.
Медленные волны флаксмоций (Н, М) по своей природе связаны с
функцией вазомоторов (гладкомышечных клеток в прекапиллярном отделе
резистивных сосудов) и относятся к механизмам активной модуляции
кровотока в системе микроциркуляции со стороны путей притока крови.
В настоящее время наряду с преобразованием Фурье применяется
Вейвлет-анализ ЛДФ-грамм. Если в основе алгоритма Фурье-преобразования
лежит определение частотных компонент ЛДФ-граммы (рис. 3), связанных с периодическими функциями (синусами и косинусами) различных частот, а вычисление частотных компонент осуществляется путем перемножения
периодических функций на результаты изменения перфузии крови, представленных в ЛДФ-грамме, то при Вейвлет-анализе (рис. 4) определяется вклад определенной группы ритмов относительно средней
модуляции кровотока. Это позволяет проводить разбор нормированных
характеристик ритмов колебаний кровотока: эндотелиального (Э), нейрогенного (Н), миогенного (М), дыхательного (Д), сердечного (С). Математический аппарат Вейвлет позволяет наилучшим образом выявлять
периодичность коротких и длительных процессов, представленных в одной ЛДФ-грамме.
.gif)
.gif)
Рис. 3. Амплитудно-частотный спектр ЛДФ-граммы
.gif)
.gif)
Рис. 4. Вейвлет-анализ ЛДФ- граммы
В основе Вейвлет-преобразования лежит почленное перемножение массива данных ЛДФ-граммы на массив, содержащий вейвлеты (волны) для разных частот.
Наиболее значимым при Вейвлет-анализе ЛДФ-грамм является
возможность оценить влияние миогенных и нейрогенных компонентов
тонуса микрососудов. Природа нейрогенного тонуса (НТ) связана с
активностью α-адренорецепторов мембран гладкомышечных клеток
мышечного слоя сосудистых стенок, возбуждение которых приводит к
вазоконстрикции. Снижение амплитуды флуктуаций на ЛДФ-грамме
означает повышение тонуса и ригидности (снижение эластичности)
сосудистой стенки, и наоборот, увеличение этих амплитуд является
следствием снижения сосудистого тонуса.
Поскольку имеются отличия в регуляции тонуса артериол и прекапиллярных сфинктеров, это позволяет неинвазивно оценивать
соотношения шунтирующего и нутритивного кровотока в микрососудистой
сети. Показатель шунтирования (ПШ) определяется соотношением МТ к НТ:
миогенных колебаний, тем значения ПШ больше и наоборот. Данная
формула применена в физиологических условиях, когда доминирующими
колебаниями потока крови в артериолах являются волны колебаний
нейрогенного диапазона. Если значение ПШ меньше 1, то это означает
поступление значительного объема крови в нутритивное звено
микроциркуляторной сети на фоне спазма шунтов (прекапиллярных
сфинктеров). Это происходит, например, при активации симпатических
вазомоторных нервных волокон.
Физические основы метода ЛДФ заключаются в том, что
монохроматическое излучение диодного лазера с длиной волны 0,63 или 0,8
мкм доставляется к зубу на 2 мм выше десневого края по гибкому зонду
диаметром 3 мм и длиной 1,8 м, состоящему из 3 световодных волокон.
Одно световодное волокно используется для передачи зондирующего
излучения, а два других являются приемными (рис. 5), по которым
отраженное излучение доставляется к прибору для фотометрирования и
дальнейшей обработки.
На выходе из прибора формируется электрический сигнал,
пропорциональный величине перфузии крови в микроциркуляторном русле,
определяемой по показателю микроциркуляции – М (перф. ед.), который
является его интегральной характеристикой. Показатель М пропорционален концентрации эритроцитов в измеряемом объеме ткани (1–1,5 мм3) и среднеквадратичной скорости их движения. Отражаясь от эритроцитов, продвигающихся в капиллярах коронковой части пульпы, лазерное излучение претерпевает изменение частоты (эффект Допплера), которое прямо пропорционально скорости их движения. Часть излучения
поглощается твердыми тканями и пульпой зуба, а отраженный от эритроцитов сигнал поступает по световодному зонду в компьютеризированный лазерный анализатор капиллярного кровотока для
дальнейшей обработки (ЛАКК-02, «ЛАЗМА», Россия).
.gif)
Рис. 5. Схема взаимодействия лазерного излучения с микрососудами.
Физиологические основы метода ЛДФ заключаются в том, что этот
метод позволяет определять уровень перфузии кровью исследуемых тканей.
Составной частью метода ЛДФ является анализ колебаний кровотока,
зарегистрированных ЛДФ-граммой. Ритмы колебаний (флуктуаций) и их
соотношение играют важную диагностическую роль. Спонтанные колебания кровотока во многом обусловлены вазомоциями - ритмическими
изменениями диаметра прекапиллярных резистивных сосудов, которые
вызывают ритмические колебания скорости движения эритроцитов в
микроциркуляторном русле.
Помимо вазомоций, составляющих основу активного механизма
модуляций (колебаний) кровотока, в системе микроциркуляции действуют и другие механизмы, обусловленные перепадами артериального и венозного давления, а также вазоконстрикторным влиянием симпатической нервной системы. В связи с этим, было предложено обозначать колебания скорости эритроцитов в микрососудах как флаксмоции. В результате спектрального разложения ЛДФ-граммы на гармонические составляющие определяется вклад различных ритмических составляющих флаксмоций в ЛДФ-грамме, что имеет важное значение для диагностики микроциркуляторных нарушений.
В системе кровоснабжения микроциркуляторное русло является
связующим звеном между артериальными и венозными сосудами. В
результате этого ритмы флуктуаций (колебаний) потока эритроцитов в
системе микроциркуляции подвержены влияниям как со стороны путей
притока (артериальные или активные модуляции флуктуаций тканевого
кровотока), так и со стороны путей оттока – пассивные модуляции
флуктуаций.
Активные механизмы контроля микроциркуляции (факторы,
непосредственно воздействующие на систему микроциркуляции) – это
эндотелиальный, миогенный и нейрогенный механизмы регуляции просвета сосудов, тонуса сосудов. Эти факторы контроля регуляции модулируют поток крови со стороны сосудистой стенки и реализуются через ее мышечный компонент.
Пассивные механизмы вызывают колебания кровотока вне системы
микроциркуляции (рис. 6): пульсовая волна (С) - со стороны артерий и
присасывающее действие «дыхательного насоса» (Д) - со стороны вен. Эти колебания проникают с кровотоком в исследуемую область, так как
микроциркуляторное русло, являющееся составной частью системы
кровообращения, топографически расположено между артериями и венами.
Влияние активных и пассивных факторов на поток крови приводит к
изменению скорости и концентрации эритроцитов, которые вызывают
модуляцию перфузии крови и регистрируются в виде сложного
колебательного процесса.
Активные механизмы создают поперечные колебания кровотока (рис.
6) в результате чередования сокращения и расслабления мышц сосудов
артериолярного типа (сменяющие друг друга состояния вазоконстрикции и
вазодилятации). Пассивные факторы вызывают продольные колебания
кровотока, выражающиеся в периодическом изменении объема крови в
микрососуде. В артериолах характер изменения объема крови определяется пульсовой волной, в венулах – рабочим ритмом «дыхательного насоса»..gif)
Рис. 6. Активные и пассивные факторы, определяющие модуляцию
кровотока в микроциркуляторном русле.
Исполнительным объектом или «мишенью» активных механизмов
регуляции микроциркуляции является мышечный компонент сосудистой
стенки прекапилляров. Пассивные факторы влияют также на сосудистую
стенку посредством колебаний кровотока (рис. 7).
.gif)
Рис. 7. Пространственная локализация воздействий на микроциркуля-
цию активных и пассивных факторов регуляции микроциркуляции.
В физиологических условиях мишенью нейрогенной регуляции
являются артериолы и артериоло-венулярные анастомозы. Миогенная
регуляция в чистом виде локализована в прекапиллярах и сфинктерах.
Эндотелиальная регуляция диаметра сосудов затрагивает преимущественно прекапиллярное звено (артериолы, прекапилляры). В капиллярах регистрируются миогенные и пульсовые колебания, проникающие с током крови при его продвижении через прекапилляры (рис. 7).
Возможные осложнения при использовании медицинской технологии и способы их устранения
Осложнений при использовании лазерной допплерографии пульпы зуба не выявлено.
Эффективность использования медицинской технологии
Эффективность медицинской технологии была оценена при изучении
изменений микроциркуляции в 183 зубах у 72 пациентов, из них 63
интактных зуба, 18 травмированных зубов, 54 с кариесом дентина, 23 с
пульпитом и 25 – при одонтопрепарировании.
Показатели микроциркуляции в пульпе зуба при острой травме
Установлено, что после острой травмы зубов фронтальной группы
показатель микроциркуляции М снижается до «биологического ноля» -
горизонтальная линия на нулевой отметке ЛДФ-граммы (рис. 8).
.gif)
Рис. 8.ЛДФ-грамма 11 зуба после острой травмы – отсутствие витальности зуба (М=0).
Таким образом, с помощью ЛДФ можно проводить диагностику витальности пульпы зуба при его травме.
Показатели микроциркуляции в пульпе зуба при кариесе
Изучение состояния микроциркуляции пульпы при кариесе дентина проводили у лиц с интактным пародонтом. Установлено, что при этом имеется повышение значения показателя микроциркуляции в среднем в 2,9 раза по сравнению с контролем (интактные зубы) (рис. 9, 10). При этом вазомоторная активность (KV) капиллярного кровотока в пульпе зуба при кариесе дентина снижена в 4,6 раза по сравнению с контролем (рис. 11)
.gif)
11 – симметричный интактный зуб
.gif)
21 – кариес дентина
Рис. 9. ЛДФ-граммы пульпы интактного зуба и при кариесе дентина.
.gif)
Рис. 10. Средние значения показателя микроциркуляции М пульпы интактного зуба и при кариесе дентина
.gif)
Рис. 11. Средние значения коэффициента вариации KVпульпы интактного зуба и при кариесе денина
По данным Вейвлет-анализа при кариесе дентина было установлено достоверное снижение основных амплитуд колебаний сосудистой стенки пульпы зуба. Из всех амплитуд незначительно увеличивалась только пульсовая волна (С) - на 4,5% в сравнении с контролем (рис. 12). Это увеличение может наблюдаться вследствие снижения эластичности сосудистой стенки. Величина амплитуды пульсовой волны может быть положительно связана с амплитудами колебаний кровотока, обусловленных функционированием нейрогенного и миогенного механизмов, от которых зависят диаметры просвета артериол и артериоло-венулярных анастомозов. Увеличение амплитуды пульсовой волны (С) при повышении перфузии крови (увеличение М) означает приращение притока крови в микроциркуляторное русло.
.gif)
Рис. 12. Средние значения амплитуд колебаний сосудистой стенки в пульпе зуба при кариесе дентина
Достоверное снижение амплитуды дыхательной волны (Д) на 30% указывает на увеличение давления в микрососудах пульпы зуба при кариесе дентина (рис. 12).
Миогенные колебания (М) также достоверно снижены на 52% при кариесе дентина (рис. 12). Уменьшение вазомоторных амплитуд (Н, М) вызывает повышение мышечного сопротивления и, следовательно, снижение нутритивного кровотока. Прекапиллярная вазоконстрикторная реакция связана с проявлением миогенной регуляции микроциркуляторной сети и состоянием метаболизма пульпы зуба.
При активации симпатических вазомоторных волокон импульсация в них усиливается, приводя к увеличению нейрогенного компонента артериолярного тонуса, возрастанию жесткости сосудистой стенки и снижению амплитуд флуктуаций кровотока в нейрогенном диапазоне (Н). При кариесе дентина их амплитуда достоверно снижена на 40% (рис. 12).
Эндотелиальные колебания (Э) - более медленные по сравнению с частотой нейрогенных и миогенных, обусловлены функционированием эндотелия (выбросом вазодилататора NO). Микроваскулярный эндотелий осуществляет модуляцию мышечного тонуса сосудов секрецией в кровь периодически изменяющихся концентраций вазоактивных субстанций. Эндотелиальный выброс NO включен в физиологическую регуляцию мышечного тонуса микрососудов и играет важную роль в снижении давления и распределении потока крови. При кариесе дентина амплитуда эндотелиальных колебаний (Э) микрокровотока в пульпе зуба снижается на 40,5% (рис. 12).
Очевидно, что регистрируемые амплитуды флуктуаций кровотока эндотелиального, нейрогенного и миогенного происхождения прямо связаны с величиной просвета микрососудов пульпы зуба, и, следовательно, с мышечным тонусом. Снижение амплитуды колебаний сосудистой стенки сочетается с повышением ее тонуса и регидности.
Математический анализ амплитудного спектра пассивных и активных колебаний микрокровотока в пульпе зуба при кариесе дентина показал, что наблюдается незначительное повышение нейрогенного тонуса (НТ) - на 5,3% по сравнению с контролем. Миогенный тонус (МТ) сосудов пульпы при кариесе дентина отличается значительным повышением средних показателей и возрастает на 31,7%, что характеризуется значительной констрикцией прекапилляров. Соответственно при кариесе дентина возрастает шунтирующий кровоток (ПШ) на 25%, как механизм регуляции внутрипульпарного давления.
Показатели микроциркуляции в пульпе зуба при пульпите и одонтопрепарировании
При пульпите и осложнениях при одонтопрепарировании (развитие пульпита) на ЛДФ-граммах регистрируется увеличение уровня капиллярного кровотока в пульпе зуба (рис. 13, табл. 1).
До начала препарирования твердых тканей зуба под искусственную коронку и непосредственно после него проводилась оценка показателей микроциркуляции в пульпе зуба. При этом определялись показатели микроциркуляции (М, σ, КV), затем с помощью математического аппарата Вейвлет изучались амплитудные характеристики ритмов кровотока.
.gif)
11 - до одонтопрепарирования.gif)
11 - после одонтопрепарирования
Рис. 13. Основные показатели ЛДФ-граммы пульпы зуба при
одонтопрепарировании.
.gif)
11 - до одонтопрепарирования.gif)
11 - после одонтопрепарирования
Рис. 14. Данные Вейвлет-анализа ЛДФ-граммы пульпы зуба при
одонтопрепарировании.
Непосредственно после одонтопрепарирования М увеличился в 5,1 раза, а KV уменьшился 3,8 раза, что свидетельствует о снижении вазомоторной активности микрососудов при повышении перфузии кровью тканей пульпы зуба (рис. 13).
Таблица 1.
Средние значения параметров микроциркуляции в пульпе зуба при одонтопрепарировании
|
Показатели |
М (п.е.) |
σ (п.е.) |
Kv (%) |
НТ |
МТ |
ПШ |
|
До одонтопрепарирования |
1,39 |
0,15 |
10,77 |
2,99 |
2,99 |
1,00 |
|
После одонтопрепари-рования |
7,20 |
0,20 |
2,78 |
1,67 |
2,86 |
1,71 |
Детальный анализ функционирования микроциркуляторного русла проводили на II этапе обработки полученных данных с помощью Вейвлет-преобразования (рис. 14). После одонтопрепарирования НТ уменьшился в 1,8 раза, а ПШ вырос на 70% (табл. 1).
Таким образом, новая медицинская технология ЛДФ пульпы зуба позволяет проводить достоверную диагностику ее витальности и состояния микроциркуляции при лечении кариеса, травмы зуба, пульпита и одонтопрепарировании.
ФГУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и
челюстно-лицевой хирургии Росмедтехнологий»
119991. Москва, ул. Т. Фрунзе, д. 16