Программа исследования методов поглощения ультразвука была развернута впервые в 1962 г. Kidd в Институте авиационной медицины Вооруженных сил Канады. Первые работы о возможности применения ультразвука для изучения декомпрессионной болезни проведены Hutchins в 1963 г.
Основной метод использования ультразвука состоял в выявлении газовых пузырьков в живой ткани и определении их числа путем наблюдения за ослаблением силы акустического пучка по мере прохождения его через среду, содержащую такие пузырьки. В более поздних опытах наблюдали изменения в структуре принимаемого сигнала, которые, как было замечено, отличались от сигналов, зарегистрированных раньше, которые объясняли исключительно механическими изменениями.
Имевшие место изменения, по-видимому, были связаны с продолжительностью и величиной давления, воздействующего на испытуемого. Дальнейшие исследования указанного метода были оставлены в результате прекращения финансирования работ, несмотря на уже проведенные испытания улучшенного варианта in vitro.
В свое время было предложено использовать ультразвук для «накачки» декомпрессионных газовых пузырьков и последующего их выявления. Показано также, что отдельные газовые пузырьки могут быть обнаружены и визуально отображены с помощью импульсной эхоаппаратуры. Последний метод в настоящее время продолжают разрабатывать Daniels с соавторами (1980).
Для раннего обнаружения появления газообразной фазы в крови было предложено выделение гармоник, генерируемых колеблющимся в ультразвуковом пучке газовым пузырьком. Martin и сотрудники в 1973 г. применили этот нелинейный метод для обнаружения декомпрессионных пузырьков у водолазов после гипербарического воздействия. Однако метод имел ограниченный успех.
В 1968 г. Sutphen, а в 1969 г. Manley исследовали in vitro импульсную ультразвуковую аппаратуру для определения возможности ее использования in vivo в качестве детектора газовых пузырьков в ткани. В 1969 г. Buckles, Knox применили для выявления газовых пузырьков акустическую систему с оптическим отображением информации. Однако она имела низкое разрешение.
В 1968 г. Walder и его коллеги для определения газообразной фазы в конечности морской свинки после быстрой декомпрессии (методом «резкого возвращения») исследовали интенсивность отраженного от тканей ультразвукового пучка.
В 1972 г. Powell для детекции газовых пузырьков in vivo. у крыс применил метод сквозной передачи ультразвука. Время постепенного затухания ультразвуковых волн при прохождении сквозь ткани коррелировало со временем развития симптомов болезни декомпрессии. Из этого был сделан вывод о совпадении в ткани крыс in vivo моментов появления и исчезновения газовых пузырьков и симптомов болезни декомпрессии.
На основании измерения процесса ослабления ультразвука, визуальных исследований газовых пузырьков в артериальной и венозной отделах кровеносной системы крыс и наблюдения за нарушением движений у крыс при беге на тредбане Powell в 1972 г. предложил общую теорию патологического воздействия газовых пузырьков, появляющихся в тканях разных частей тела.
Газовые пузырьки в тканях
Мы можем рассмотреть процесс детекции пузырьков ультразвуковым доплеровским прибором, принимая во внимание две возможные крайности. Во-первых, местные симптомы могут быть следствием того, что вся образующаяся газообразная фаза остается в микрососудах, а в венозном оттоке пузырьки, по-видимому, будут отсутствовать.
Во-вторых, вся сформированная газообразная фаза высвобождается, не вызывая жалоб на локальные проявления. В этом случае при отсутствии болевого симптома, видимо, будет детектироваться множество газовых пузырьков. Как правило, на практике реальная ситуация лежит между этими двумя крайностями.
Во многих случаях прогнозирование исхода подводного погружения возможно, потому что часть местно сформированных газовых пузырьков высвобождается и мы получаем «внизу по течению» отображение происходящего «вверху», где можно ожидать образования газовых пузырьков в «критических» тканях и снижение элиминации нейтрального газа.
Опыт показал, что классификация прекардиально диагносцируемых газовых пузырьков часто имеет прогностическую ценность. Этот метод был впервые разработан Powell в 1974 г. при исследованиях декомпрессии на свиньях карликовой породы. У водолазов его применили в 1975 г. Powell, Jahonson. При этом особое значение придавалось сбору в таблицах данных, отображающие «исходы погружений» в случаях, когда не применяли лечения или не меняли схемы декомпрессии.
Так поступают, например, при разработке таблиц декомпрессии. Естественно, что эти данные ретроспективны. Из этих таблиц видно, что прогнозирование исхода погружения невозможно сделать на основе простого «прослушивания каких-то пузырьков».
Впоследствии целесообразность этого метода была доказана путем создания базы данных при помощи сбора показателей степени обнаружения газовых пузырьков в ирекардиалъной области и сравнении их с исходами погружений. Раньше, если газовые пузырьки обнаруживали в период снижения давления, то схему декомпрессии не меняли.
На основании этого можно определить, какая степень обнаружения прекардиальных газовых пузырьков соответствует моменту появления у водолазов: жалоб на болевые симптомы.
Из исследований подобного рода, проводимыми различными научными коллективами с 1975 г., стало очевидным, что 0—II степени обнаружения пузырьков в прекардиальной области не связаны с болями в суставах. Выяснилось также, что вероятность развития болезни декомпрессии зависит от газового состава и схемы снижения давления.
Как было показано на карликовых свиньях, в случаях, когда в качестве основного газа применяют гелий или неон, то результаты резко отличаются от таковых при использовании азота (воздуха). IV степень обнаружения газовых пузырьков при использовании гелия связана с развитием болевого симптома в конечностях в 9 из 12 случаев, а при применении воздуха — в 4 из 10 случаев.
Причина такого расхождения состоит в повышенной растворимости азота в жирах и повышенном «происхождении» декомпрессионных пузырьков из областей, в которых не может развиться болевой симптом, таких как жировая ткань. Газовые пузырьки из жировой ткани являются фактором, осложняющим прекардиальное наблюдение с помощью ультразвукового доплеровского детектора.
Другой подход к анализу исхода декомпрессии заключается в составлении таблицы процентного состава водолазов, у которых газовые пузырьки обнаруживаются в прекардиальной зоне, и процентного состава водолазов с болевыми симптомами в конечностях. Такой подход не объясняет связи между болевыми симптомами в конечностях и степенью обнаружения газовых пузырьков, но показывает различие в тенденции к образованию пузырьков у водолазов.
Так, один водолаз может не замечать симптомов вплоть до IV степени обнаружения пузырьков, а другой — до II степени. Однако оба будут классифицированы как «имеющие болевые симптомы» и «имеющие детектируемые газовые пузырьки».
Читайте также: Alcantara ткань для мебели
Газовые пузырьки в тканях
Наконец, есть специалисты, которые считают, что газовые пузырьки в перенасыщенных тканях образуются под действием механических факторов. В настоящее время по этому вопросу имеются две главные концепции. Во-первых, возможно, что движение сустава, при котором могут возникать очень большие силы, или трибонуклеация (tribonucleation), т. е. движение одной поверхности по другой, может повлечь за собой выделение газа из раствора. Во-вторых, возможно, что вихревое движение крови в сердце или в местах бифуркации артерий может вызвать кавитацию и постоянную инжекцию газовых пузырьков в ткани с током крови. Оба этих предположения кажутся вполне справедливыми.
Необходимо поставить специальные утонченные эксперименты, чтобы определить, какое из этих предположений действительно соответствует истине.
С образованием газового пузырька связан дополнительный трудноразрешимый вопрос, требующий знаний процесса роста или уменьшения его объема. При конкретном градиенте давлений гелиевый пузырек в водянистой ткани, по-видимому, будет расти быстрее, чем азотный. В жировой ткани ситуация может быть противоположной.
Трудность даже при попытке дать полуколичественные объяснения состоит в том, что коэффициенты диффузии и растворимость нейтральных газов в различных тканях организма достаточно точно неизвестны. Следовательно, можно согласиться с несколькими мнениями о процессе роста пузырьков без какой-либо возможности узнать, которое из них является верным. Одна из главных трудностей заключается в том, что локализацию пузырька-«нару-шителя» установить пока невозможно.
Указав на такие крупные неопределенности, вероятно, нет смысла вдаваться в детальный анализ процесса. Можно рассмотреть лишь несколько несложных физических моментов. Если удвоить действующее на газовый пузырек с диаметром более 10 мкм давление, то в соответствии с законом Бойля объем газового пузырька уменьшится наполовину. Но если газовый пузырек имеет сферическую форму, то его диаметр уменьшится только на 1/5. Если газовый пузырек в кровеносном сосуде имеет цилиндрическую форму, то длина его уменьшится почти вдвое.
Однако если форма газового пузырька представляет комбинацию первых двух форм, то внутри ткани она может претерпевать значительные изменения.
Следует упомянуть о еще одном интересном моменте. Если диаметр газовых пузырьков становится меньше диаметра просвета капилляра (т. е. приблизительно 10 мкм), то, пока отсутствуют субстанции сурфактанта, поверхностное натяжение таких небольших пузырьков начинает существенно увеличиваться, что приводит к быстрому растворению пузырька. Затем если газовый пузырек попал в кровеносный сосуд, то уменьшение его диаметра до величины менее 10 мкм станет причиной передвижения этого пузырька по капиллярному руслу.
Кроме биофизических факторов, которые подробно обсуждались, имеются и другие подходы к изучению процесса декомпрессии, а следовательно, и управления им. Заслуживает наибольшего внимания работа Chryssanthou (1973), в которой показано, что факторы, стимулирующие гладкие мышцы, вовлечены в патогенез болезни декомпрессии. В настоящее время такие исследования ограничены экспериментами с более тяжелыми формами болезни декомпрессии па мелких животных. Вместе с тем представляет интерес окончательная проверка этих концепций на человеке или крупных животных путем создания легкой степени болезни декомпрессии.
Газовые пузырьки в тканях
В процессе декомпрессии возможность газообразования имеется во многих тканях организма. Вероятнее всего, что наиболее приемлемым методом выявления газообразной фазы в организме было бы прямое обследование так называемых критических тканей, например, при помощи ранее описанного метода сквозной передачи ультразвука.
Какая точно ткань вовлечена в процесс в настоящее время неизвестно. Исследования тканей конечностей, а также мышц живота у кроликов и крыс показали, что наиболее вероятным местом роста газообразной фазы являются микрососуды. Начальные тазовые микрозародыши могут быть внесосудистыми, в то время как их дальнейший рост происходит в просветах сосудов, как, например, в мышечной ткани. В жировой ткани зарождение и рост газовых пузырьков происходит преимущественно внутри сосудов.
По мере увеличения объема газообразной фазы в микроциркуляторном русле цилиндрические газовые «пузырьки» в конечном счете поступят в вены, собирающие кровь из данной ткани. Однако нет веских доказательств, что болезнь декомпрессии с болевым синдромом в конечностях возникает в результате появления газообразной фазы внутри капилляра.
При наблюдении за возможностью развития болезни декомпрессии с помощью доплеровского детектора следует полностью признать, что обнаруживаемые газовые пузырьки поступают не только из тканей, в которых развился болевой симптом, но и из многих других.
Кроме того, у испытуемых со значительным содержанием жировой ткани будет иметь место большее число газовых пузырьков в полой вене при декомпрессии, чем у худощавых испытуемых. Подобным образом газ, менее растворимый в жире (например, гелий или неон), даст меньшее число пузырьков в полой вене, чем азот.
При вскрытии большого числа крыс, подвергнутых длительной экспозиции давления, было замечено, что прежде всего газовые пузырьки обнаруживались в венах, отводящих кровь от тканей живота. Бедренная вена, например, тоже способствует доставке газовых пузырьков, неона не является ни единственным и даже не главным из поставщиков.
Газ, остающийся при декомпрессии в растворенном виде, не оказывает повреждающего действия. Формирование газообразной фазы происходит в участках микроциркуляторной системы, в которых снижается давление. Таким образом, образуется область с наивысшим напряжением газа в жидкости и низким гидростатическим давлением.
Появившуюся начальную газообразную фазу называют тромбообразной (I тип газовых пузырьков), она растет на месте. Ее рост, по крайней мере в мышечной ткани, происходит интраваскулярно. Из этого несомненно следует, что застойная аноксия является отражением интраваскулярной газовой окклюзии. В настоящее время пока только предполагают, что это может привести к появлению локальных болей.
Преобладание газообразной фазы, формируемой в тканях (таких как жировая), не связано с болезнью декомпрессии, протекающей с болевым синдромом в конечностях, но, когда она поступает в центральную венозную систему, то обусловливает появление большинства газовых пузырьков (II тип газовых пузырьков), обнаруживаемых доплеровскими прекардиальными детекторами. Газовые пузырьки II типа, когда они имеются в ограниченном количестве, по-видимому, вызывают незначительные патофизиологические последствия, хотя и они, несомненно, взаимодействуют с кровью.
Наличие большого объема газа в крови может привести к воздушной закупорке правого сердца и смертельному исходу. Это основной результат декомпрессии, отмеченный у грызунов. К его известной связи с декомпрессионным «болевым симптомом в конечностях» у данных животных следует относиться с большей оговоркой. К сожалению, литературные источники перегружены сведениями по корреляции разных показателей и «болевого симптома в конечностях» у грызунов, хотя на самом деле авторы имели дело с газовой эмболией в легких.