В чем измеряется частота обращения: Единица измерения частоты, теория и онлайн калькуляторы

HydroMuseum – Частота вращения

Частота
вращения

Частота вращения—физическая величина,
характеристика периодического
процесса, равная числу полных циклов,
совершённых за единицу времени. Стандартные обозначения в формулах — υ, f, ω или F. Единицей частоты в Международной системе единиц (СИ) в общем случае является Герц (Гц, Hz). Величина, обратная частоте,
называется периодом.

Периодический
сигнал характеризуется мгновенной частотой, являющейся скоростью изменения
фазы, но тот же сигнал можно представить в виде суммы гармонических
спектральных составляющих, имеющих свои частоты. Свойства мгновенной частоты и
частоты спектральной составляющей различны, подробнее об этом можно прочитать,
например, в книге Финка «Сигналы, помехи, ошибки».

В
теоретической физике, а также в некоторых прикладных
электрорадиотехнических расчётах удобно использовать дополнительную
величину — циклическую (круговую, радиальную, угловую) частоту
(обозначается ω). Циклическая
частота связана с частотой колебаний соотношением ω=2πf. В математическом смысле циклическая
частота — это первая производная полной фазы колебаний по времени. Единица
циклической частоты — радиан в секунду (рад/с,
rad/s) .

В
механике при рассмотрении вращательного движения аналогом циклической частоты
служит угловая скорость.

Частота
дискретных событий (частота импульсов) — физическая величина, равная числу
дискретных событий, происходящих за единицу времени. Единица частоты дискретных
событий секунда в минус первой степени (с⁻¹, s⁻¹),
однако на практике для выражения частоты импульсов обычно используют герц.

Частота
вращения — это физическая величина, равная числу полных оборотов за
единицу времени. Единица частоты вращения — секунда в минус первой степени
(с⁻¹, s⁻¹), оборот в секунду. Часто
используются такие единицы, как оборот в минуту, оборот в час и т.  д.

Другие
величины, связанные с частотой

• Ширина полосы
  частот —
  f_max − f_min
• Частотный интервал — log(f_max/f_min)
• Девиация частоты —Δf/2
• Период — 1/f
• Длина волны — υ/f
• Угловая скорость (скорость
  вращения) — dφ/ dt; 2πF_BP

Метрологические аспекты

Измерения

Для измерения частоты применяются частотомеры разных видов, в том числе: для
измерения частоты импульсов — электронно-счётные и конденсаторные, для
определения частот спектральных составляющих — резонансные и гетеродинные
частотомеры, а также анализаторы спектра.

Для воспроизведения частоты с заданной точностью используют различные меры — стандарты частоты (высокая точность), синтезаторы частот, генераторы сигналов и др.

Сравнивают частоты компаратором частоты или с помощью осциллографа по фигурам Лиссажу.

Эталоны

Государственный
первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-98 —
находится во ВНИИФТРИ

Вторичный эталон единицы
времени и частоты ВЭТ 1-10-82 —
находится в СНИИМ (Новосибирск)

Движение по окружности, период обращения и частота.

1. Равномерное движение по окружности

Внимание следует обратить на то, что криволинейные движения более распространены, чем прямолинейные. Любой криволинейное движение можно рассматривать как движение по дугам окружностей с разными радиусами. Изучение движения по кругу дает также ключ к рассмотрению произвольного криволинейного движения.

Мы будем изучать движение тел по окружности с постоянной по модулю скоростью. Такое движение называют равномерным движением по кругу.

Наблюдения показывают, что маленькие частицы, которые отделяются от тела, вращающегося летят с той скоростью, которой владели в момент отрыва: грязь из-под колес автомобиля летит по касательной к поверхности колес; раскаленные частицы металла отрываются при заточке резца о точильный камень, вращающийся также летят по касательной к поверхности камня.

Таким образом,

 Во время движения по кругу скорость в любой точке траектории направлена ​​по касательной к окружности в этой точке.

Необходимо обратить внимание учащихся, что при равномерном движении по окружности модуль скорости тела остается постоянным, но направление скорости все время меняется.

2. Период вращения и вращающаяся частота

Движение тела по окружности часто характеризуют не скоростью движения, а промежутком времени, за которое тело совершает один полный оборот. Эта величина называется периодом вращения.

Период обращения — это физическая величина, равная промежутку времени, за который тело равномерно вращается, делает один оборот.

Период вращения обозначается символом T. Например, Земля делает полный оборот вокруг Солнца за 365,25 суток.

При расчетах период обычно выражают в секундах. Если период обращения равен 1с, это означает, что тело за одну секунду делает один полный оборот. Если за время t тело сделало N полных оборотов, то период можно определить по формуле:

Если известен период обращения Т, то можно найти скорость тела v. За время t, равное периоду Т, тело проходит путь, равный длине окружности: . Итак,

Движение тела по окружности можно характеризовать еще одной величиной — числом оборотов по кругу за единицу времени. Ее называют вращающейся частотой:

частота вращения равна количеству полных оборотов за одну секунду.

Частота вращения и период обращения связаны следующим соотношением:

Частоту в СИ измеряют в

3. Вращательное движение

В природе довольно распространенный вращательное движение: вращение колес, маховиков, Земли вокруг своей оси и т. Д.

Важной особенностью вращательного движения является то, что все точки тела движутся с тем же периодом, но скорости различных точек могут существенно отличаться, поскольку разные точки движутся по кругам различных радиусов.

Например, при суточном вращении Земли быстрее других движутся точки, находящиеся на экваторе, так как они движутся по кругу крупнейшего радиуса — радиуса Земли. Точки же земной поверхности, находящиеся на других параллелях, движутся с меньшей скоростью, так как длина каждой из этих параллелей меньше длины экватора.

ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ

1. Приведите два-три примера криволинейного движения.
2. Приведите два-три примера равномерного движения по кругу.
3. Что такое вращательное движение? Приведите примеры такого движения.
4. Как направлена ​​мгновенная скорость при движении по кругу Приведите два-три примера.

1.Равномерное движение по кругу. Внимание учащихся следует обратить на то, что криволинейные движения более распространены, чем прямолинейные. Любой криволинейное движение можно рассматривать как движение по дугам окружностей с разными радиусами. Изучение движения по кругу дает также ключ к рассмотрению произвольного криволинейного движения. Мы будем изучать движение тел по окружности с постоянной по модулю скоростью. Такое движение называют равномерным движением по кругу. Наблюдения показывают, что маленькие частицы, которые отделяются от тела, вращающегося летят с той скоростью, которой владели в момент отрыва: грязь из-под колес автомобиля летит по касательной к поверхности колес; раскаленные частицы металла отрываются при заточке резца о точильный камень, вращающийся также летят по касательной к поверхности камня. Таким образом, • Во время движения по кругу скорость в любой точке траектории направлена ​​по касательной к окружности в этой точке. Необходимо обратить внимание учащихся, что при равномерном движении по окружности модуль скорости тела остается постоянным, но направление скорости все время изменяется.

2. Период вращения и частота вращения. Движение тела по окружности часто характеризуют не скоростью движения, а промежутком времени, за которое тело совершает один полный оборот. Эта величина называется периодом вращения. • Период вращения — это физическая величина, равная промежутку времени, за который тело равномерно вращается, делает один оборот. Период вращения обозначается символом T. Например, Земля делает полный оборот вокруг Солнца за 365,25 суток. При расчетах период обычно выражают в секундах. Если период обращения равен 1с, это означает, что тело за одну секунду делает один полный оборот. Если за время t тело сделало N полных оборотов, то период можно определить по формуле: если известен период обращения Т, то можно найти скорость тела v. За время t, равное периоду Т, тело проходит путь, равный длине окружности:. Итак, движение тела по окружности можно характеризовать еще одной величиной — числом оборотов по кругу за единицу времени. Ее называют вращающейся частотой: • вращающаяся частота равна количеству полных оборотов в одну секунду. Частота вращения и период обращения связаны следующим соотношением:  Частоту в СИ измеряют в обратных секундах.

3. Вращательного движения. В природе довольно распространенно вращательное движение: вращение колес, маховиков, Земли вокруг своей оси и т. д.Важной особенностью вращательного движения является то, что все точки тела движутся с тем же периодом, но скорости различных точек могут существенно отличаться, поскольку разные точки движутся по кругам различных радиусив. Например, при суточном вращении Земли быстрее других движутся точки, находящиеся на экваторе, так как они движутся по кругу самого большого радиуса — радиуса Земли. Точки же земной поверхности, находящиеся на других параллелях, движутся с меньшей скоростью, так как длина каждой из этих параллелей меньше длины экватора.

Измерение частоты вращения — Справочник химика 21

    Измерение частоты вращения. В процессе снятия характеристик насоса измерение частоты вращения является обязательным не только потому, что эксплуатационная частота вращения может отличаться от той, при которой насос испытывался в заводской лаборатории, но и потому, что она может несколько изменяться с нагрузкой, т. е. зависеть от подачи. Вследствие этого частоту вращения всегда следует замерять прецизионным измерительным устройством, например калиброванным тахометром или электрическим счетчиком. [c.280]









    Темп-ру вальцуемого материала измеряют встроенной в валок термопарой. На В. с регулируемой частотой вращения валков для измерения частоты вращения переднего и заднего валков устанавливают тахометр. [c.188]

    ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ [c.78]

    Для измерения частоты вращения двигателя или вентилятора, как правило, используют ручные тахометры. [c.60]

    Измерение мощности на валу. Мощность на валу измеряется только у насосов, у которых должна измеряться частота вращения, т. е. у насосов, не объединенных конструктивно с двигателем. Наиболее точный — механиче с к ий способ измерения момента на валу насоса с одновременным измерением частоты вращения. Измерение мощности электрическим способом у микро-, мелких и малых насосов допускается в случаях, когда насос должен по требованию технической документации испытываться со штатным электродвигателем или конструкция насоса затрудняет использование балансирного двигателя (например, вертикального насоса, крепящегося к электродвигателю). У крупных и средних насосов мощность может определяться как механическим, так и электрическим способом. [c.109]

    Измерение частоты вращения производится только у насосов, конструктивно не объединенных с двигателем. Как исключение, частота вращения может измеряться у моноблочных насосов, комплектуемых разными двигателями. [c.98]

    В технике часто быстроту вращения твердого тела характеризуют частотой вращения, которая показывает, сколько оборотов вокруг оси совершает вращающееся тело в единицу времени. Единицами измерения частоты вращения являются 1 об/мин (оборот в минуту) или 1 об/с (оборот в секунду). Частоту вращения обозначают латинской буквой п.  [c.139]

    Сыпучесть определяли вибрационным прибором ВП-12 по изложенной ранее методике величину крутящего момента на валу ворошителя рассчитывали как среднее из трех измерений. Частоту вращения ворошителя устанавливали по шкале и уточняли с помощью тахометра. Мощность на валу ворошителя определяли по формуле  [c.73]

    Прибор для измерения частоты вращения привода регистрирующий, установленный на щите (вторичный прибор тахогенератора). [c.718]

    Пересчет при измерении частоты вращения [c.166]

    Шкала вольтметра градуирована непосредственно в единицах измерения частоты вращения подложки, об/мин. [c.194]

    Яоп — измеренная частота вращения, об/мин. [c.90]

    Следует иметь в виду, что погрешность измерения времени работы импульсного счетчика всего на 0,1 с приводит к погрешности измерения частоты вращения до 1,6% (при использовании секундомера при ручном включении погрешность измерения времени составляет 0,2—0,3 с).  [c.99]

    Тахометры также предназначены для измерения частоты вращения вала. Прибор указывает число оборотов вала в 1 мин. При пользовании тахометром руководствуются инструкцией по его применению. [c.129]

    При эксплуатации мазутного насоса необходимо контролировать работу насоса по стационарным средствам измерений (манометр, вакуумметр, расходомер) и периодически подключаемым к нему средствам измерений (индикатор для измерения частоты вращения, потребляемой электродвигателем мощности) следить за работой смазочных приборов и пополнять смазку при внезапном изменении насосом режима работы, появлении стука, нагревании движущихся частей насос следует немедленно остановить, выяснить и устранить причину неисправности после 500—1000 ч работы произвести текущий осмотр и при необходимости — ремонт и смену деталей через 4000—5000 ч работы произвести полную разборку насоса для осмотра, а при необходимости — ремонта деталей.  [c.181]

    Систематические погрешности обусловлены ограниченной точностью прибора, неправильным выбором метода измерения, неправильной установкой прибора или недоучетом некоторых внешних факторов, например теплообмена калориметра с внешней средой при определении теплоты сгорания топлива. Таким образом, систематическая погрешность наблюдается в тех случаях, когда среднее значение последовательных отсчетов отклоняется от известного точного значения и продолжает отклоняться независимо от числа последовательных отсчетов. Пусть, например, при измерении частоты вращения электродвигателя среднее значение получилось равным 950 об/мин, а эталонное значение или значение, полученное при калибровке тахометра, 1000 об/мин. Из этих данных можно сделать вывод, что тахометр неточен, даже если при измерении был малый разброс показаний. Определение систематической погрешности может быть произведено калибровкой прибора или его поверкой. [c.225]

    Счетчики оборотов применяют для измерения частоты вращения валов механизмов (насосов, электродвигателей, вентиляторов и т, п. ). При измерении счетчиком оборотов необходимо пользоваться секундомером, который включают в момент прижима наконечника счетчика к вращающемуся валу. Спустя 60 с счетчик отводят и снимают его показания, выражающие число оборотов вала в 1 мин. Замер делают не менее двух раз. [c.129]

    Различают электронасосный агрегат и электронасос. Конструкция первого насоса обычная, и приводящим двигателем является электродвигатель. Электронасос — насосный агрегат с приводом от электродвигателя, узлы которого входят в конструкцию насоса. Мощность или момент при одновременном измерении частоты вращения измеряются при испытаниях малых насосов — балансирным электродвигателем, двигателем на качающейся платформе  [c.85]

    Измерение частоты вращения у насосов, конструктивно не объединенных с двигателем, может проводиться  [c.85]

    Регулятор напряжения. Регулятор напряжения регулируют на стенде или на тепловозе. При правильной регулировке регулятора в рабочем диапазоне частот вращения коленчатого вала напряжение должно быть для регулятора ТРН-1 — с I по VI позицию (75 1) В, с УП по XV позицию (75 2) В. Бесконтактный регулятор (БРН) должен поддерживать напряжение вспомогательного генератора на всех позициях (75 1) В. Стенд имеет устройство для измерения частоты вращения якоря вспомогательного генератора в диапазоне, соответствующем его работе на тепловозе. Настройку [c.243]

    В испытательных заводских лабораториях широко применяют для этой цели стандартные объемные гидромашины, преимущественно аксиально-поршневых типов, которые работают в этом случае в качестве гидромоторов с нагрузкой валика, практически равной нулю. Расход в этом случае определяется измерением частоты вращения п  [c.463]

    Для определения мест загрязнения воздушной среды огнестойким маслом устанавливали участки, где возможно образование аэрозолей, и анализировали вблизи отмеченных точек воздух на присутствие аэрозоля ТКФ. Установлено, что загрязнение возможно возле коробки регулирования, в которой периодически открывается отверстие для измерения частоты вращения турбины ручным тахометром. Кроме того, аэрозоль может образовываться около сервомоторов при наличии неплотностей в соединениях и у расходного бака с огнестойкой жидкостью. Анализ воздуха около этого оборудования показал наличие ТКФ в концентрациях только 0,013—0,02 мг/м (при ПДК 0,5 мг/м ), т. е. в 25 раз ниже допустимой. [c.104]

    Частоту вращения вала насоса измеряют непосредственно тахометрами или измерителями скорости. Погрешность измерения тахометра марки Ф-487 составляет 0,01%. Для этого прибора не требуется механического контакта с валом. Достаточно точно частоту вращения ожио измерить цри помощи электроимпульсного счетчика оборотов. При испытаниях насосов в условиях эксплуатации для измерения частоты вращения широко применяется стробоскопический метод. [c.217]

    Прибор для измерения частоты вращения (угловой скорости) силового привода. Различают тахометры магнитные, вибрационные, частотно-импульсные, ферродинамические и др. [c.63]

    Первый способ основан на прямых измерениях частоты вращения вала насоса п и крутящего момента, действующего на вал насоса Л р. Потребляемая насосом мощность, кВт, [c.332]

    Поскольку перепад давления в таких расходомерных машинах ничтожен (часто составляет долю атмосферы), утечки жидкости практически отсутствуют =точность прибора определяется лишь точностью измерения частоты вращения. При требованиях особо высокой точности применяют для измерения скорости специальные импульсные счетчики, при использовании которых ошибка измерения может быть доведена до 0,1-0,2%. [c.463]

    Величину орносительного скольжения можно определить по данным измерений частоты вращения ведомого й ведущего шкивов и их диаметров [c.72]

    Примечание. Выше была изложена методика определения погрешностей результатов испытания насосов, при котором частота вращения поддерживается постоянной. Нередко при испытании насосов применяют асинхронные электродвигатели с нерегулируемой частотой вращения. При этом вместо погрешности из-за нестабильности частоты вращения появляется погрешность при пересчете параметров насоса на постоянную частоту вращения, обусловленная погрешностью измерения частоты вращения. Величина этой погрешности такая же, как и погрешности, получающейся в результате нестабильности частоты вращения. Таким образом, приведенные уравнения пригодны также для определения погрешности величин в графиках характеристик для случая, когда для привода насоса используется нерегулируемый балансирный элек- Чюдвигатель. [c.255]

    Измерение частот вращения Пх и п., требует высокой точности особенно на режимах / — 1, поскольку к. п. д. гидропередачи определяется при этом отношением двух мало отличающихся одно от другого чисел. Поэтому для измерения оборотов предпочтительны электроимпульс-ные счетчики илн частотомеры высоких классов точности. Они присоединяются к прерывателям, индуктивным или фотоэлектрическим датчикам 9 и 19 (рис. 5-28), устанавливаемым на концах валов. Механические тахометры И тахогенераторы, как правило, не обеспечивают нужаую точность и применяются обычно параллельно с точными изме )ителями только для непрерывного контроля стабильности работы установки и настройки значений /.  [c.400]

    Частоту вращения необходимо измерять с особой тщательностью и точностью. Для измерения частоты вращения применяют счетчики, центробежные и колебательные тахометры, электротахометры для измерения напряжений, стробоскопы и осциллографы. Для получения точных результатов рекомендуют использовать одновременно счетчик и хронометр. [c.164]

    Установка для исследования процесса перемешивания показана на рис. 8-1. Установку приводят в действие электродвигателем постоянного тока 1 мощностью 1 кВт (с пускорегулировочным реостатом 2). Наличие трехступенчатой коробки передач 3 обеспечивает плавное изменение частоты вращения мешалки от 1 до 20 об/с. Измерение частоты вращения производят электромагнитным тахометром, состоящим из датчика, жестко связанного с валом коробки передач, и дистанционного указывающего прибора 4, укрепленного на стене. Подъемный стол 5 служит для изменения положения мешалки в сосуде по высоте.  [c.73]

    Измерение расхода компонентов при их низкой вязкости можно производить с помощью реометра (прибора для определения скорости и количества истекающих материалов). При высоких вязкостях используют косвенные методы определения ко личества протекающей жидкости измерением частоты вращени вала насоса. [c.152]

    Бесконтактное тахометрическое устройство. Назначение устройства — измерение частоты вращения вала дизеля и формирование сигнала по частоте вращения вала дизбля, вводимого в систему регулирования генератора. Блок БА-420, принципиальная схема которого приведена на рис. 145, а, состоит из насыщающегося трансформатора Тр1, компенсирующего трансформатора Тр2, выпрямительного моста В, сглаживающего фильтра, состоящего из индуктивности конденсатора I и резистора Р. Детали блока размещены в металлическом корпусе. Насыщающийся трансформатор выполнен на тороидальном сердечнике из пермаллоя, компенсирующий трансформатор — на тороидальном альсиферовом сердечнике. Обмотки трансформатЬров залиты эпоксидным компаундом. Сглаживающий фильтр-дроссель и два электролитических конденсатора смонтированы на изоляционной панели. [c.172]

Движение по окружности, угловая скорость, частота, период, центростремительное ускорение.

Формулы, определения, пояснения

Тестирование онлайн

Так как линейная скорость равномерно меняет направление, то движение по окружности нельзя назвать равномерным, оно является равноускоренным.

Угловая скорость

Выберем на окружности точку 1. Построим радиус. За единицу времени точка переместится в пункт 2. При этом радиус описывает угол. Угловая скорость численно равна углу поворота радиуса за единицу времени.

Период и частота

Период вращения T — это время, за которое тело совершает один оборот.

Частота вращение — это количество оборотов за одну секунду.

Частота и период взаимосвязаны соотношением

Связь с угловой скоростью

Линейная скорость

Каждая точка на окружности движется с некоторой скоростью. Эту скорость называют линейной. Направление вектора линейной скорости всегда совпадает с касательной к окружности. Например, искры из-под точильного станка двигаются, повторяя направление мгновенной скорости.

Рассмотрим точку на окружности, которая совершает один оборот, время, которое затрачено — это есть период T. Путь, который преодолевает точка — это есть длина окружности.

Центростремительное ускорение

При движении по окружности вектор ускорения всегда перпендикулярен вектору скорости, направлен в центр окружности.

Используя предыдущие формулы, можно вывести следующие соотношения

Точки, лежащие на одной прямой исходящей из центра окружности (например, это могут быть точки, которые лежат на спице колеса), будут иметь одинаковые угловые скорости, период и частоту. То есть они будут вращаться одинаково, но с разными линейными скоростями. Чем дальше точка от центра, тем быстрей она будет двигаться.

Закон сложения скоростей справедлив и для вращательного движения. Если движение тела или системы отсчета не является равномерным, то закон применяется для мгновенных скоростей. Например, скорость человека, идущего по краю вращающейся карусели, равна векторной сумме линейной скорости вращения края карусели и скорости движения человека.

Земля участвует в двух основных вращательных движениях: суточном (вокруг своей оси) и орбитальном (вокруг Солнца). Период вращения Земли вокруг Солнца составляет 1 год или 365 суток. Вокруг своей оси Земля вращается с запада на восток, период этого вращения составляет 1 сутки или 24 часа. Широтой называется угол между плоскостью экватора и направлением из центра Земли на точку ее поверхности.

Согласно второму закону Ньютона причиной любого ускорения является сила. Если движущееся тело испытывает центростремительное ускорение, то природа сил, действием которых вызвано это ускорение, может быть различной. Например, если тело движется по окружности на привязанной к нему веревке, то действующей силой является сила упругости.

Если тело, лежащее на диске, вращается вместе с диском вокруг его оси, то такой силой является сила трения. Если сила прекратит свое действие, то далее тело будет двигаться по прямой

Рассмотрим перемещение точки на окружности из А в В. Линейная скорость равна v_A и v_B соответственно. Ускорение — изменение скорости за единицу времени. Найдем разницу векторов.

Разница векторов есть . Так как , получим

В системе отсчета, связанной с колесом, точка равномерно вращается по окружности радиуса R со скоростью , которая изменяется только по направлению. Центростремительное ускорение точки направлено по радиусу к центру окружности.

Теперь перейдем в неподвижную систему, связанную с землей. Полное ускорение точки А останется прежним и по модулю, и по направлению, так как при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой ускорение не меняется. С точки зрения неподвижного наблюдателя траектория точки А — уже не окружность, а более сложная кривая (циклоида), вдоль которой точка движется неравномерно.

Мгновенная скорость определяется по формуле

Приборы для измерения частоты вращения

Приборы для измерения частоты вращения вала (угловой скорости) называются тахометрами. Тахометры, снабженные регистрирующим (записывающим) устройством, — называются тахографами. Приборы суммирующие число оборотов вала — называются счетчиками.

В зависимости от места установки тахометра и способа применения тахометры подразделяют на стационарные, дистанционные и ручные. По принципу действия, различают механические (центробежные), магнитные, магнитно-индукционные, электрические и электронные тахометры.

Механические тахометры

Принцип действия механических тахометров основан на использовании центробежных сил, пропорциональных квадрату угловой скорости, действующих на центробежные расходящиеся грузы (наклонное кольцо), находящиеся на валу и вращающиеся вместе с ним вокруг оси, (рис. 1, а). Чувствительным элементом является кольцо 1 на оси 2, проходящей через приводной валик 3. Кольцо нагружено спиральной пружиной 4 и связано тягой 5 с подвижной муфтой 6. При вращении валика кольцо стремится занять положение, перпендикулярное к оси вращения. Муфта через промежуточное кольцо 9 и зубчатую рейку 7 входит в зацепление с шестерней 10, на оси которой закреплена стрелка 8, движущаяся вдоль шкалы прибора (градуирована в об/мин. ). Тахометр закреплен неподвижно, а вал 3 приводится во вращение через передачу от вала двигателя.

Рис. 1: а) устройство механического центробежного стационарного тахометра;

б) внешний вид механического центробежного ручного тахометра.

При установившемся режиме центробежная сила, действующая на вращающееся кольцо 1, уравновешивается силой действия спиральной пружины, и стрелка тахометра неподвижна. При изменении частоты вращения вала равновесие сил нарушается, вызывая разворот кольца относительно оси 2 на угол α и соответствующий разворот стрелки 8 прибора. Механические центробежные измерительные приборы обладают нелинейной статической характеристикой, поэтому их шкала неравномерная.

Периодический контроль частоты вращения и проверку стационарных тахометров производят механическим центробежным ручным тахометром (рис. 1, б), прижимая наконечник 1 к торцу вращающегося вала. В корпус 2 встроен редуктор с переключающим устройством, позволяющий менять передаточное отношение от наконечника 1 к чувствительному элементу для измерения в пяти диапазонах частоты вращения от 25 до 10000 об/мин. Переключают редуктор и устанавливают указатель 3 путем перемещения вдоль оси наконечника приводного вала при нажатой кнопке 4. В зависимости от установленного диапазона частоты вращения показания прибора определяют по одной из двух шкал.

К преимуществам механических тахометров относится высокая точность показаний, а к недостаткам — невозможность дистанционного отсчета.

Магнитоиндукционные тахометры

Магнитоиндукционный тахометр имеет равномерную шкалу. В тахометре (рис. 2.) вращение от приводного вала 1 через конические шестерни и вал 2 передается ротору с постоянными магнитами 3, между которыми на оси 10 находится алюминиевый диск 4.

Рис. 2. Магнитоиндукционный тахометр

Под действием вращающегося поля магнитов в диске индуцируется электрический ток, создающий свое магнитное поле. Сила взаимодействия магнитных полей уравновешивается силой действия волосковой пружины 5, один конец которой закреплен на оси 10, а другой — в корпусе прибора.

Пропорционально частоте вращения приводного вала 1 изменяются действующие силы, разворот диска 4, оси 10 и жестко связанной с ней стрелки 7 вдоль шкалы 8.

В прибор вмонтирован магнитоиндукционный успокоитель, состоящий из алюминиевого диска 9, закрепленного на валу 10, и неподвижной системы с постоянными магнитами 6. При движении в диске 9 индуцируется ток и создается магнитное поле, взаимодействующее с полем постоянных магнитов. А так как сила взаимодействия этих полей направлена в сторону, противоположную движению диска, то происходит торможение колебаний стрелки прибора.

Дистанционные магнитоиндукционные тахометры

Дистанционное измерение частоты вращения основано на принципе электрической дистанционной передачи вращения вала двигателя валу магнитно-индукционного измерительного узла измерителя и преобразования частоты вращения вала в угловые перемещения стрелки измерителя.

Рис. 3. Дистанционный магнитоиндукционный тахометр.

Тахометр работает следующим образом (рис. 3): в обмотке статора 11 датчика при вращении ротора 15 возбуждается трехфазовый ток с частотой, пропорциональной частоте вращения вала двигателя. Ток по трем проводам приводится к обмотке статора 12 синхронного серводвигателя.

Частота вращения магнитного поля статора измерителя пропорциональна частоте токов в обмотках фазы. Ротор двигателя измерителя вращается с частотой, синхронной вращению магнитного поля статора. На конце вала ротора двигателя укреплен магнитный узел 2 с шестью парами постоянных магнитов, между полюсами которых расположен чувствительный элемент 8. При вращении магнитного узла в чувствительном элементе индуцируются вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем магнитного узла создается вращающий момент чувствительного элемента. Вращающему моменту чувствительного элемента противодействует спиральная пружина 7, — один конец которой укреплен на оси чувствительного элемента, другой — неподвижен. Так как момент спиральной пружины пропорционален углу ее закручивания, то угол поворота чувствительного элемента пропорционален частоте вращения магнитного узла, и соответствует частоте вращения вала двигателя. На другом конце оси чувствительного элемента укреплена стрелка 5, показывающая по равномерной шкале 4 измерителя частоту вращения вала двигателя.

Для повышения устойчивости стрелки и улучшения отсчета показаний прибора применено демпфирование подвижной системы измерителя. При движении подвижной системы магнитный поток магнита 6 наводит в алюминиевом диске 3 вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитным полем магнитов, и в подвижной системе возникает тормозящий момент. Ротор состоит из двух постоянных магнитов 13 и трех гистерезисных дисков 14, соединенных вместе. Взаимодействие ротора с магнитным полем статора — определяется взаимодействием магнитных полей постоянных магнитов статора и гистерезисных дисков.

Электрические тахометры

Электрические тахометры служат для дистанционного контроля направления и частоты вращения валов в диапазоне до 1500 об/мин. Датчиками в них служат тахогенераторы — миниатюрные генераторы переменного или постоянного тока, вырабатывающие напряжение, пропорциональное частоте вращения вала. Указателями являются магнитоэлектрические вольтметры со шкалой, градуированной в единицах частоты вращения.

Рис. 4: а) схема действия электрического тахометра; б) тахогенератор.

В тахометре (рис. 4, а) тахогенератор 3 постоянного тока, приводимый во вращение от вала через цепной привод 2, является датчиком частоты вращения вала 1. К нему может быть подключено до восьми указателей — вольтметров 4 постоянного тока, размещенных по судну. Передаточное отношение от вала 1 к датчику определяется соотношением числа зубьев звездочек цепного привода и должно быть таким, чтобы номинальные частоты вращения вала и якоря датчика совпадали. Если при номинальной частоте вращения вала напряжение, вырабатываемое датчиком, не равно (30±0,1) В, то необходимо корректировать положение магнитного шунта. При правом и левом вращении якоря с номинальной частотой разность напряжений не должна превышать 0,1 В. В противном случае, необходимо корректировать нейтральное положение траверсы щеткодержателей.

В электрическом генераторе переменного тока 5 (рис. 4, б), ротором является постоянный магнит 7, установленный неподвижно на валу, а статором — стальные неподвижные полосы 6. Тахогенераторы постоянного тока вместо обмоток возбуждения имеют постоянные магниты. В результате большого количества ламелей коллектора и особых форм вырезов канавок вырабатывается постоянное напряжение с небольшими пульсациями, которое пропорционально частоте вращения. Преимущество датчиков постоянного тока — получение поляризованного напряжения, т. е. одновременно определяется и направление вращения; недостаток — сбои в работе коллектора. Передача от вала должна быть без скольжения (шестеренчатая, цепная). В тахогенераторах переменного тока это возможно только при наличии двух обмоток со сдвигом фаз 90°. Переменное напряжение должно быть выпрямлено в мостиковой схеме. Разность напряжений обоих гальванически разделенных контуров измеряется прибором с двумя поворотными катушками. Напряжение на выводах тахогенератора зависит от количества подключенных показывающих приборов. Поэтому в корпусе тахогенератора устанавливается нагрузочный резистор, который можно включать или выключать. Имеется также резистор для поднастройки показаний.

Счетчики оборотов

Для суммирования числа оборотов вала двигателя или механизма применяют специальные счетчики оборотов. Упрощенная принципиальная схема дистанционного электромеханического счетчика представлена на рис. 5.

На валу 9 жестко закреплены храповое колесо 5 и цифровой барабан 7, а цифровые барабаны 6 свободно насажены на вал. Барабаны кинематически соединены между собой так, что при полном обороте каждого из них соседний слева разворачивается на 1/10 оборота. На каждый барабан нанесены цифры от 0 до 9. Таким образом обеспечивается десятичная система отсчета. Число читается в рамке прибора 8. Колесо 5 входит в зацепление с храповиком 3, который в одну сторону перемещается под действием пружины 4, а в другую — якорем 2 электромагнитной катушки 1. Катушка получает питание Uп от сети через герметичные контакты выключателя 13. В выключателе на пластинчатой пружине с контактом закреплен постоянный магнит 12. Выключатель крепится к корпусу двигателя таким образом, чтобы между якорем 12 и стальным штифтом 10 вала 11 был установлен зазор, обеспечивающий притягивание якоря и замыкание цепи питания катушки 1.

Рис. 5. Электромеханический счетчик оборотов

Широко распространены магнитоуправляемые контакты (герконы). Прибор представляет собой две тонкие пермалоевые пластины с небольшим зазором между концами, впаянные в стеклянную колбу, из которой выкачан воздух (в некоторых приборах колбу заполняют инертным газом). При появлении вблизи геркона магнитного поля постоянного или электрического магнита происходит взаимное притягивание (прогиб) пластин и замыкание контактов. Постоянный магнит крепится на вращающемся валу 11 вместо штифта 10.

При каждом обороте вала независимо от направления его вращения катушка 1, получив питание, втягивает якорь 2 и смещает храповик 3 на один зуб колеса 5. При обесточивании катушки храповик под действием пружины 4 смещается в первоначальное положение, разворачивает колесо 5, вал 9 и барабан 7 на 1/10 оборота, что приводит к изменению показаний счетчика на одну единицу. Через один оборот барабана 7 соседний барабан 6 разворачивается на 1/10 оборота, отсчитав 10 оборотов вала 11, и т. д.

Центрифугирование: как определить ускорение (число g) в зависимости от скорости вращения и диаметра ротора

Центрифугирование – способ разделения неоднородных, дисперсных жидких систем на фракции по плотности под действием центробежных сил. Центрифугирование осуществляют в центрифугах, принцип работы которых основан на создании центробежной силы, увеличивающей скорость разделения компонентов смеси по сравнению со скоростью их разделения только под влиянием силы тяжести. Разделение веществ с помощью центрифугирования основано на разном поведении частиц в центробежном поле. В центробежном поле частицы, имеющие разную плотность, форму или размеры, осаждаются с разной скоростью.

Скорость осаждения, или седиментации, зависит от центробежного ускорения (g), прямо пропорционального угловой скорости ротора (w, рад/с) и расстоянию между частицей и осью вращения (r, см): g = v²x r. Поскольку один оборот ротора составляет 2π радиан, то угловую скорость можно записать так: v = p x n/60, где n – скорость в оборотах в минуту, π — константа, выражающая отношение длины окружности к длине её диаметра. Угловая скорость – характеристика скорости вращения тела, измеряется обычно в радианах в секунду, полный оборот (360°) составляет 2π радиан.

Центробежное ускорение тогда будет равно: g =p²x r x n²/900.

Центробежное ускорение обычно выражается в единицах g (ускорение свободного падения, равное 980 м_/с²) и называется относительным центробежным ускорением (ОЦУ), т. е. ОЦУ=g/980 или ОЦУ = 1,11 x 10^-5 x r x n² .

Относительное ускорение центрифуги (rcf) задается, как кратное от ускорения свободного падения (g). Оно является безразмерной величиной и служит для сравнения производительности разделения и осаждения. Относительное ускорение центрифуги (rcf) зависит от частоты вращения и радиуса центрифугирования.

Существует номограмма, выражающая зависимость относительного ускорения центрифуги (rcf) от скорости вращения ротора (n) и радиуса (r) – среднего радиуса вращения столбика жидкости в центрифужной пробирке (т.е. расстояния от оси вращения до середины столбика жидкости). Радиус измеряется (см) от оси вращения ротора до середины столбика жидкости в пробирке, когда держатель находится в положении центрифугирования.

Номограмма для определения относительного ускорения центрифуги (rcf) в зависимости от скорости вращения и диаметра ротора

r – радиус ротора, см

n – скорость вращения ротора, оборотов в минуту

rcf (relative centrifuge force) – относительное ускорение центрифуги

Радиус центрифугирования r_max– это расстояние от оси вращения ротора до дна гнезда ротора.

Для определения ускорения с помощью линейки совмещаем значения радиуса и числа оборотов на и на шкале rcf определяем его величину.

Пример: на шкале А отмечаем значение rрадиуса для ротора – 7,2 см, на шкале С отмечаем значение скорости ротора –14,000 об/мин, соединяем эти две точки. Точка пересечения образованного отрезка со шкалой В показывает значение ускорения для данного ротора. В данном случае ускорение равно 15’000.

Период и частота обращения

Период и частота обращения

Цель урока: Ввести и изучить новые характеристики вращательного движения тела.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

Урок можно начать с краткого опроса по теме предыдущего урока:

• Как меняется величина и направление скорости тела в равномерном движении по окружности?

• Что характеризует центростремительное ускорение?

• От каких величин зависит центростремительное ускорение?

• Какие точки поверхности Земли движутся с большим центростремительным ускорением: точки экватора или точки на широте 45°?

• Как меняется центростремительное ускорение, если при постоянной скорости уменьшается радиус окружности?

Во время опроса двое учеников выписывают на доске решения домашних задач. Затем решения коллективно обсуждаются, исправляются ошибки.

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Период вращения при движении по окружности;

2. Частота обращения при движении по окружности.

1. Переходя к изложению нового материала, нужно отметить, что он — логическое продолжение изученного на прошлом уроке.

Любое периодическое движение, а равномерное движение тела по окружности таким и является, характеризуется периодом и частотой вращения

Время, в течение которого совершается один полный оборот, называется периодом обращения.

В физике период обозначается буквой Т. Если за время t тело совершает 4 оборота, то время одного оборота будет равно: Т = t/4.

Пусть t = 10 с, тогда Т = t/4 = 2,5с.

Таким образом:

T = t

n

где t – время, n – число полных оборотов за время t.

В системе СИ период измеряется в секундах.

Т = (с)

2. Очень часто движение по окружности характеризуют частотой обращения. Она обозначается буквой ν (ν – ню).

Под частотой обращения ν понимают число оборотов за единицу времени. Пусть тело за время t = 2 с совершило n = 10 оборотов. Тогда частота обращения будет равна:

ν = n = 5 об = 5 с^-1

^{t с}

Очень легко найти связь между периодом и частотой:

Т = 1/ ν

Или:

ν = 1/Т

Формально, частота ν – величина, обратная периоду Т.

При равномерном движении тела по окружности, период или частоту можно найти и из иных соображений. Если тело движется по окружности радиуса R со скоростью ν, то период обращения можно найти из условия:

t = T = S /ν

где S – длина окружности, S = 2πR? Тогда:

T = S/ ν = 2πR/ ν

III. Домашнее задание

1. § 6 учебника; вопросы и задания к параграфу;

2. Задачи и упражнения (учебник, стр. 126) № 32-35;

3. Сборник задач В.И. Лукашика, Е.В.Ивановой: № 170.

Эффект Доплера и измерение скорости кровотока в кровотоке

При УЗИ специалисты УЗИ используют эффект Доплера для измерения скорости кровотока пациента. Красные кровяные тельца отражают звуковые волны, создаваемые доплером. Волны и частота меняются в зависимости от скорости потока.

Продолжайте читать об эффекте Доплера и о том, как он играет жизненно важную роль в измерении скорости кровотока.

Что такое эффект Доплера?

Вы когда-нибудь стояли на углу улицы, когда проезжал мотоцикл? Шум двигателя, кажется, увеличивается по частоте или тональности по мере приближения мотоцикла и уменьшается по частоте по мере удаления мотоцикла.Изменение частоты связано с эффектом Доплера. Доплеровский сдвиг также называют доплеровской частотой .

Частота звука изменяется, когда источник звука и приемник перемещаются ближе или дальше друг от друга. Частота не меняется, когда расстояние между ними остается постоянным. Этот физический принцип используется для измерения скорости кровотока.

Как эффект Доплера помогает в измерении скорости кровотока?

Когда кровь течет к датчику, ее эхосигналы отражаются.Эхо-сигналы имеют более высокую частоту, чем эхо-сигналы, создаваемые преобразователем. Когда кровь оттекает от датчика, ее эхо-сигналы имеют относительно низкую частоту по сравнению с излучаемыми. Доплеровский сдвиг частоты — это разница частот между принятым и переданным эхо-сигналами. Она прямо пропорциональна скорости кровотока.

Доплеровский сдвиг (Гц) = частота отражения – частота передачи

Скорость, являющаяся чисто величиной, указывает расстояние, которое эритроцит проходит за 1 секунду.

Скорость определяется величиной и направлением. Думайте о скорости как о стрелке, где длина указывает величину, а угол — направление.

Цифра «2» означает, что во время клинического ультразвукового исследования на самом деле происходит два допплеровских сдвига:

Скорость обращения — Как скорость обращения вызывает инфляцию

Что такое скорость обращения?

Скорость обращения относится к среднему количеству раз, когда одна денежная единица переходит из рук в руки в экономикеКомандная экономикаБольшая часть экономической активности в странах по всему миру существует в спектре, который варьируется от чистой рыночной экономики до крайне командной экономики в течение определенного периода времени.Его также можно назвать скоростью обращения денег или скоростью обращения денег. Это частота, с которой общая денежная масса в экономике оборачивается за определенный период времени.

Если скорость обращения денег увеличивается, то скорость обращения является показателем того, что сделки между людьми происходят чаще. Более высокая скорость является признаком того, что одна и та же сумма денег используется для ряда транзакций. Высокая скорость указывает на высокую степень инфляции.

Формула

Формула GDPGDPВаловой внутренний продукт (ВВП) представляет собой денежную стоимость в местной валюте всех конечных экономических товаров и услуг, произведенных в стране при помощи следующей формулы:

Валовой внутренний продукт Продукт (ВВП) = Денежная масса x Скорость обращения

Следовательно, формула скорости обращения выглядит следующим образом:

Скорость обращения = Валовой внутренний продукт (ВВП) / Денежная масса

Пример

Рассмотрим следующее пример.Предположим, что экономика состоит из двух человек: плотника и владельца бакалейной лавки. В течение года они обменивают 100 долларов на покупку товаров/услуг друг у друга всего за четыре транзакции, а именно:

• Плотник покупает овощи у бакалейщика за 50 долларов.
• Плотник также покупает молоко на 50 долларов у бакалейщика.
• Бакалейщик получает ремонт от плотника и платит ему 30 долларов.
• Бакалейщик также получает деревянные полки, изготовленные плотником в его магазине за 70 долларов.

Мы можем наблюдать, что 200 долларов переходили из рук в руки в течение года, хотя изначально в экономике было только 100 долларов. Это потому, что каждый доллар был потрачен на новые товары и услуги дважды в год. Можно сказать, что скорость обращения равна 2/год.

Однако в данной ситуации учитываются только денежные операции. Например, если плотник что-то дарит бакалейщику, это не будет считаться транзакцией, которая будет добавлена ​​к расчету.

Скорость обращения и спрос на деньги

Всякий раз, когда процентная ставка по финансовым активам низка, желание держать деньги падает, поскольку люди пытаются обменять их на другие товары или финансовые активы.В результате скорость обращения увеличивается. Следовательно, когда спрос на деньги низкий, скорость обращения будет высокой. И наоборот, когда альтернативные издержки/альтернативные издержки низки, спрос на деньги высок, а скорость обращения низка.

Факторы, влияющие на скорость обращения

• Денежная масса – Денежная масса и скорость обращения денег обратно пропорциональны. Если денежной массы в экономике не хватает, то скорость обращения денег возрастет, и наоборот.
• Частота транзакций – По мере увеличения количества транзакций увеличивается и скорость обращения.
• Регулярность дохода – Регулярность дохода позволяет людям более свободно тратить свои деньги, что приводит к увеличению скорости обращения.
• Платежная система – На нее также влияет частота оплаты труда (еженедельно, ежемесячно, раз в два месяца) и скорость оплаты счетов за различные товары и услуги.
• Участвуют несколько других факторов, в том числе стоимость денег, объем торговли, кредитные ресурсы, доступные в экономике, условия ведения бизнеса и т. д.

Монетаризм и кейнсианская экономика и кейнсианские экономисты относительно концепции. Монетаристы верят в стабильность скорости обращения и утверждают, что существует прямая связь между денежной массой и уровнем цен, а также между скоростью роста денежной массы и уровнем инфляции.С другой стороны, кейнсианские экономисты считают, что скорость обращения — понятие нестабильное, которое может быстро изменяться, что приводит к изменениям в денежной массе.

Заключение

Скорость обращения является полезным и конструктивным инструментом для определения уровня инфляции в экономике, а также помогает экономистам понять общую силу экономики.

Связанные материалы

CFI является официальным поставщиком глобального финансового моделирования и аналитика по оценке (FMVA)®Стать сертифицированным аналитиком по финансовому моделированию и оценке (FMVA)®Сертификация CFI по финансовому моделированию и оценке (FMVA)® поможет вы обретете уверенность, необходимую вам в вашей финансовой карьере. Зарегистрируйтесь сегодня! программа сертификации, разработанная, чтобы помочь каждому стать финансовым аналитиком мирового уровня. Чтобы продолжить обучение и продвинуться по карьерной лестнице, см. следующие бесплатные ресурсы CFI:

• Рыночная экономикаРыночная экономикаРыночная экономика определяется как система, в которой производство товаров и услуг регулируется в соответствии с меняющимися желаниями и способностями
• Формула потребительского излишкаПотребительский излишек Формула Потребительский излишек — это экономический показатель для расчета выгоды (т.e., излишек) того, что потребители готовы платить за товар или
• Паритет покупательной способностиПаритет покупательной способностиКонцепция паритета покупательной способности (ППС) представляет собой инструмент, используемый для многостороннего сравнения национального дохода и уровня жизни
• Трансфертное ценообразованиеПередача Ценообразование Трансфертное ценообразование относится к ценам на товары и услуги, которыми обмениваются компании, находящиеся под общим контролем.

Влияние низкочастотных колебаний 2-10 Гц на кровообращение нижних конечностей

Аннотация.

Это пилотное исследование дает данные о влиянии низкочастотной вибрации 2-10 Гц на молодых физически неактивных субъектов и связи с кровотоком в конечностях. В целях исследования к испытуемым в положении лежа применялась низкочастотная вибрация 2-10 Гц, а для создания низкочастотных колебаний использовалось специальное устройство, запатентованное в Каунасском технологическом университете. Измененные температуры в стопах измерялись с помощью термовизуальной камеры, регистрирующей температурные изменения. Тепловизионные измерения проводились в теплом помещении (20-21°С).Вся процедура длилась 45 минут. Тепловизионное измерение проводили за 15 минут до вибрации, 15 минут во время вибрации и 15 минут после вибрации. Для температурного анализа были выбраны 2 точки на стопах испытуемых: центральная точка на стопе, где измерялась самая высокая температура, и периферическая точка на стопе, где измерялась самая низкая температура. Вариабельность сердечного ритма измеряли с помощью программы Elite HRV. Анализ данных температуры как в центральной, так и в периферической точках стопы при низкочастотной вибрации 2-10 Гц показал незначительные изменения температуры и кровотока; однако выявленные различия были незначительными.Оценка вариабельности сердечного ритма показала наличие статистически значимых различий до, во время и после вибрации. Тенденция частоты сердечных сокращений к увеличению свидетельствует о том, что сердце также реагирует на любые изменения при нарушении периферического кровотока в стопах. Выявлена ​​обратная зависимость: низкая температура в стопе увеличивает вариабельность сердечного ритма и, наоборот, повышение температуры снижает вариабельность сердечного ритма. Было бы целесообразно и полезно провести результаты со здоровыми испытуемыми.

Ключевые слова: низкочастотные колебания, кровообращение, вариабельность сердечного ритма.

1. Введение

За последние десятилетия число и разнообразие применений вибраций в лечении увеличились, однако убедительных доказательств значительных эффектов (и особенно эффективности лечения) по-прежнему нет [1]. В течение последних десятилетий вибрация всего тела изучалась в связи со статическими или динамическими упражнениями, но ее влияние на людей в положении лежа не анализировалось [2].Научные исследования, связанные с вибрацией, обычно подразделяются на исследования вибрации, возникающей в профессиональной среде, и исследования повышения подвижности и активации мышц [3]. В 1996 году Накамура был одним из первых исследователей, заявивших, что вибрация, применяемая в исследовательских целях, обеспечивает другой кровоток, чем вибрация, вызываемая в профессиональной среде [4]. Проведенные исследования показали, что вибрация всего тела влияет на кровоток в артериях [5]. Однако такие исследования предназначались для оценки влияния высокочастотной вибрации на организм человека, и лишь в нескольких исследованиях описывалось воздействие низкочастотной вибрации.В 1989 г. Chudacek изучал влияние вибрации частотой 125 Гц на кровоток в руках у 43 здоровых детей школьного возраста [6]. Температуру измеряли с помощью тепловизионной камеры. Термографические записи производились до и сразу после вибрации, а также через 30 и 60 минут после вибрации. Максимальное изменение температуры наблюдалось через 60 минут у 5 детей. В другом исследовании влияние вибрации всего тела на кровоток в ногах изучалось у 9 здоровых молодых мужчин, которые выполняли 14 случайных вибраций и упражнений без применения вибрации.Частота вибрации варьировалась от 5 до 30 Гц через каждые 5 интервалов. Систолическое и диастолическое артериальное давление измеряли в бедренной артерии. Ультразвуковая допплерография использовалась для измерения скорости клеток крови. Сравнивались данные испытуемых во время вибрации и простых упражнений. В первом случае при частоте вибрации от 5 до 30 Гц скорость клеток крови увеличилась на 33 % [7]. Гавриэль Салвенди (2012) делает обзор и приводит несколько интересных фактов о низкочастотной вибрации [8]. Вертикальная вибрация всего тела частотой 4 Гц уже заставляет человека выливать жидкость из чашки.Вибрация с частотой 4–8 Гц вызывает трудности при письме. Автор также утверждает, что как отрицательное, так и положительное воздействие вибрации на организм человека может быть достигнуто уже при вибрации частотой 5-20 Гц. Другие авторы, изучавшие влияние вибрации всего тела на кровоток в ногах, утверждают, что тело более чувствительно к вибрации с частотой 5 Гц, чем к вибрации с частотой 50 Гц [9].

В других исследованиях сообщается о влиянии вибрации на сердечную и кровеносную системы. В одном из исследований авторы отмечают, что амплитуда электромиографии и максимальная скорость кровотока увеличились, а частота уменьшилась за счет вибрации [10].В другом исследовании изучалось влияние вибрации всего тела на кровоток в ногах при выполнении упражнений на сгибание коленей. Было проведено два измерения: когда испытуемые выполняли упражнение на сгибание коленей и подвергались воздействию вибрации, и когда вибрация не применялась. Измеряли скорость клеток крови в покое и артериальное давление в бедренной артерии. Результаты показали усиление кровотока при вибрации; однако существенной разницы не наблюдалось. Осава и др. (2011) обнаружили, что вибрация всего тела положительно влияет на артериальный кровоток и другие параметры системы кровообращения [11].В другом исследовании скорость кровотока наблюдалась при вибрациях всего тела на частоте 26 Гц. Средняя скорость кровотока в подвздошной артерии увеличилась. Баум и др. (2007) провели исследование с участием пациентов с диабетом 2 типа и доказали, что вибрация может быть эффективным методом улучшения контроля уровня гликемии [12]. Еще одно исследование было проведено для определения реакции сердца и сосудов на вибрацию всего тела. В исследование были включены здоровые лица молодого возраста, лица пожилого возраста, женщины с ожирением и лица с дефектами спинного мозга.Исследование обнаружило доказательства того, что вибрация всего тела увеличивает потребление кислорода и частоту сердечных сокращений у молодых здоровых людей во время физической нагрузки. Доказано также влияние интенсивности вибрации на деятельность сердца и сосудов при физической нагрузке [13]. В последнее время для улучшения периферического кровообращения стали использовать вибрацию [14]; однако исследований по изучению низкочастотной вибрации 2–10 Гц не проводилось. Поэтому целью данного исследования было определить влияние низкочастотной вибрации 2–10 Гц и ее связь с кровообращением в нижних конечностях.Задачи исследования: изучить изменения температуры и кровообращения в стопах, оценить вариабельность сердечного ритма и взаимосвязь между кровообращением в стопах и вариабельностью сердечного ритма при низкочастотной вибрации 2-10 Гц.

2. Материалы и методы

Исследование проводилось в 2016 году в Институте мехатроники Каунасского технологического университета. На проведение исследований получено разрешение № BEC-SR(M)-70 Центра биоэтики Литовского университета наук о здоровье.Здоровые субъекты n = 15; средний возраст 20,1±1,2 года), которые не занимались активными видами спорта. Во время исследования испытуемые подвергались вибрации низкой частоты 2–10 Гц. Изменения температуры стоп измеряли с помощью термовизуальной камеры, регистрирующей изменения тепла. Вариабельность сердечного ритма оценивали с помощью программы Elite Heart Rate Variability (Elite HRV) с электродом, наложенным на тело. Все участники предоставили письменное информированное согласие до их включения в исследование в соответствии с этическими принципами Хельсинкской декларации.

Вибротерапия. Устройство, разработанное доктором философии Мантасом Венслаускасом из Каунасского технологического университета, своим биением генерирует частоты 1-10 Гц и амплитуды смещения 1-50 мм, которые создают достаточную силу для необходимого смещения конечностей. Для создания явления биения и низкочастотных колебаний использовались электромеханические двигатели с неуравновешенными массами, которые могли быть частично цилиндрическими, установленными на оси вращателя. Двигатели представляют собой электродвигатели низкой частоты вращения с номинальным значением 1000 оборотов в минуту. На роторе установлены неуравновешенные массы. Их форма позволяет центробежным силам воздействовать на роторы. Согласно предыдущему исследованию, на кровоток больше всего влияет диапазон частот 2-10 Гц. Ниже 2 Гц и выше 10 Гц влияние незначительно или отсутствует. Этот диапазон частот был экспериментально и численно доказан как наиболее эффективный для улучшения перфузии крови (Venslauskas et al., 2017).

Тепловые снимки. Инфракрасные камеры обеспечивают изображения, показывающие точную температуру благодаря инфракрасным лучам и теплу тела [15].В этом исследовании мы использовали инфракрасную камеру FLIR SC7000, которая является очень точной, чувствительной и быстрой и дает точное пространственное представление. Эта камера была разработана специально для научных исследований. Камера имеет несколько детекторов, которые можно выбрать в соответствии с требуемыми снимками. Программа позволяет выбирать и маркировать температуру окружающей среды, чтобы избежать необъективных данных исследования. Измерения температуры находятся в диапазоне от +5 °C до +300 °C. В этом исследовании помещение нагревали до 20-21 °C перед тем, как делать тепловизионные снимки.Эта температура была выбрана на основе анализа предыдущих исследований, в которых использовалась тепловизионная камера. Испытуемых с босыми ногами укладывали на вибрационное устройство. Их просили полежать спокойно в течение 15 минут и регистрировали температуру стоп. Через 15 минут применяли вибрацию и регистрировали изменение температуры стоп в течение всего сеанса вибрации. На самом ответственном этапе исследования – при прекращении вибрации – еще в течение 15 минут регистрировали изменение температуры стоп.В течение 45 минут данные записывались, и мы могли видеть, как менялась температура в ногах испытуемых. Все испытуемые утверждали, что испытывали покалывание в ногах в течение 5 минут после процедуры. Для температурного анализа были выбраны две точки: центральная точка (ЦРТ) на стопе, где измерялась самая высокая температура, и периферическая точка (ППТ) на стопе, где измерялась самая низкая температура (рис. 1).

Рис. 1.
Точки измерения: ППТ – периферийная точка, ЦРТ – центральная точка

Вариабельность сердечного ритма (ВСР) — это неинвазивный инструмент, который позволяет исследовать вегетативную функцию сердечно-сосудистой системы посредством измерения вариаций интервалов RR [18].Для оценки вариабельности сердечного ритма использовали программу Elite HRV. Программа анализирует данные электрода, размещенного на теле. Он позволяет регистрировать импульсы сердца за все время исследования и показывает вариабельность сердечного ритма. В данном исследовании вариабельность сердечного ритма регистрировали в течение всего периода исследования, то есть за 15 минут до вибрации, 15 минут во время сеанса вибрации и 15 минут после вибрации. Испытуемых просили не говорить, не волноваться и лежать спокойно, чтобы получить точные данные о вариабельности сердечного ритма.

3. Статистический анализ

Статистический анализ данных выполнен с использованием пакета IBM SPSS Statistics 22. Сравнение значений количественных переменных, не удовлетворяющих нормальному распределению, в двух зависимых группах проводили с помощью непараметрического критерия Вилкоксона. Сравнение значений количественных переменных, не удовлетворяющих нормальному распределению, в трех и более зависимых группах проводили с помощью непараметрического критерия Фридмана. Результаты непараметрических тестов представлены в виде медианы качественных переменных (максимальных, минимальных и средних значений) в сравниваемых размерах выборки.Наблюдаемые различия между переменными считались статистически значимыми, если рассчитанный уровень значимости (значение p) был ниже выбранного уровня значимости (α = 0,05). Для оценки зависимости количественных переменных, не удовлетворяющих нормальному распределению, была выбрана корреляция Спирмена. Если коэффициент корреляции r= 0, связи не было; если 0 7 

4. Результаты

Анализ изменения температуры в центральной точке стопы. Результаты изменения температуры (температура в центральной точке стопы сразу после вибрации и через 5 минут; температура в центральной точке стопы сразу после вибрации и через 10 минут; и температура в центральной точке стопы сразу после вибрации. и через 15 минут) представлены на рис.2. Анализ всех изменений температуры не выявил статистически значимых различий (р= 0,662).

Рис. 2.
Сравнение изменения температуры в центральных точках стопы: А – через 5 мин, Б – через 10 мин, С – через 15 мин после вибрации и сразу после вибрации

Рис. 3.
Сравнение изменения температуры в периферических точках стопы: А – 5 мин, Б – 10 мин, В – 15 мин после вибрации и сразу после вибрации

Анализ изменения температуры в периферической точке стопы. Результаты изменения температуры (температура в периферической точке стопы сразу после вибрации и через 5 минут; температура в периферической точке стопы сразу после вибрации и через 10 минут; и температура в периферической точке стопы сразу после вибрации. и через 15 мин) представлены на рис. 3. Анализ всех изменений температуры не выявил статистически значимых различий (р= 0,869).

Анализ оценки вариабельности сердечного ритма.Сравнение распределений вариабельности сердца до вибрации 52 (39; 72; 51,87) и вариабельности сердца после вибрации 55 (46; 70; 55,93) показало статистически значимую разницу (р = 0,01). Результаты представлены на рис. 4.

Оценка функциональных связей между вариабельностью сердечного ритма и температурой. Температура в периферической точке стопы статистически значимо коррелировала (p<0,05) умеренной обратной зависимостью с вариабельностью сердечного ритма до вибрации (r=-0,0.544) и после вибрации (r= –0,546). Между температурой в периферической точке стопы сразу после вибрации, вариабельностью до вибрации (r=-0,588) и вариабельностью после вибрации (r=-0,521) установлены статистически значимые корреляции умеренной обратной зависимости (p<0,05). Выявлена ​​умеренная обратная зависимость (p<0,05) между температурой в периферической точке стопы через 5 мин после вибрации и вариабельностью сердечного ритма до вибрации (r=–0,0.554) и после вибрации (r= –0,515). Выявлены статистически значимые корреляции обратной зависимости (p<0,05) между температурой в периферической точке стопы через 10 мин после вибрации, вариабельностью до вибрации (r= –0,543) и вариабельностью сразу после вибрации (r= –0,515). Температура в периферической точке стопы через 15 минут после вибрации показала статистически значимую корреляцию (p<0,05) умеренной обратной зависимости с вариабельностью сердечного ритма до вибрации (r=–0.519). Функциональные корреляции между температурами и параметрами изменчивости показаны в таблице 2.

Рис. 4.
Сравнение распределений вариабельности сердечного ритма до и после вибрации. * – статистически значимая разница при сравнении распределений

Таблица 2.
Функциональные связи между вариабельностью сердечного ритма и температурой

По данным анализа, вариабельность сердечного ритма увеличивалась при низкой температуре стопы и уменьшалась при ее повышении.

5. Обсуждение

Исследователей интересовали физиологические реакции человеческого тела на вибрацию. Одной из самых больших проблем была возможность улучшить периферическое кровообращение без фармакологических мер [16].Анализ изменения температуры в центральной и периферической точках стопы при вибрации не дал статистически значимых различий. Аналогичные результаты были получены и другими авторами, исследовавшими влияние вибрации на организм человека. Данные нашего исследования соответствовали данным, полученным Hazell et al. в исследовании, проведенном в 2008 г., когда авторы оценивали влияние вибрации на частоту сердечных сокращений и кровоток в бедренной артерии при статических нагрузках [17].В ходе исследования не было выявлено статистически значимых изменений каких-либо измеряемых параметров. В исследовании, проведенном в 2007 г., Button et al. применяли вибрацию частотой 60 Гц в течение 30 минут, чтобы определить влияние вибрации на кровообращение в руках [16]. В данном исследовании не выявлено статистически значимых изменений кровообращения. В 2012 году Роббинс и соавт. дали объяснения таким результатам, утверждая, что такие исходы обусловлены вазоспастической реакцией сосудов, вызывающей сопротивление току крови из капилляров [3].Хотя этот механизм до конца не изучен, он мог бы объяснить результаты наших исследований, что температура в центральной и периферической точках стопы статистически значимо не различалась при исследовании периферического кровообращения в стопах. В этом исследовании были выбраны 2 точки на стопах. На наш взгляд, они должны были хорошо отражать изменения температуры на стопе, так как в проанализированных научных работах мы не смогли найти данных о способах измерения температуры. Было бы полезно использовать больше точек на стопе в будущих исследованиях, особенно в разных областях стопы, что позволит получить более точные результаты и, возможно, даже зарегистрировать малейшие изменения температуры, что даст статистически значимые результаты. Проанализировав все предыдущие исследования, мы решили применить вибрацию в течение 15 минут, так как это время было описано в методологии многих статей. В дальнейших исследованиях целесообразно продлить этот период до 30 минут и наблюдать изменения в кровообращении дольше 15 минут после вибрации, так как позже может произойти активизация кровообращения и повышение температуры. Время перед вибрацией также должно быть изменено. Выбранные 15 минут требуют специальной подготовки помещения. Температура не должна опускаться ниже 20 °C, поэтому необходимо использовать обогреватели.Наше исследование можно было бы повторить на лицах с нарушениями периферического кровообращения, и сравнение результатов с результатами, полученными у здоровых лиц, могло бы быть полезным и целесообразным. Проведенное исследование показало наличие статистически значимых различий в вариабельности сердечного ритма до вибрации, во время вибрации и после нее. Анализ функциональных связей между вариабельностью сердечного ритма и изменениями температуры показал статистически значимые различия только в периферических точках стоп. Статистически значимые различия обнаружены во всех фазах вибрации. Установлена ​​обратная зависимость, т.е. при низкой температуре на стопе вариабельность сердечного ритма увеличивалась, а при повышении температуры вариабельность уменьшалась. Этот факт можно объяснить тем, что адаптация сердечно-сосудистой системы к тепловым раздражителям происходит за счет одновременной активации эфферентных ветвей и периферических сосудов вегетативной сердечной нервной системы [18]. Нам не удалось найти исследований, сравнивающих связи между вариабельностью сердечного ритма и температурными изменениями периферического кровообращения человека, что могло бы стать темой будущих исследований.

6. Выводы

Существует ряд исследований, в которых анализируется влияние вибрации всего тела, но, с другой стороны, недостаточно исследований локального воздействия. Кроме того, эта работа отличается от других тем, что мы обнаружили статистически значимое влияние между вариабельностью сердечного ритма и терапией локально генерируемыми низкочастотными (2-10 Гц) механическими колебаниями. Хотя более высокие частоты 30-50 Гц широко анализировались в предыдущих исследованиях, эта работа доказывает положительный эффект воздействия низкочастотной вибрации на сердечно-сосудистую систему.В нашем исследовании мы обнаружили небольшие изменения кровообращения и температуры в ногах испытуемых при воздействии низкочастотных вибраций 2-10 Гц. Выявлены тенденции изменения вариабельности сердечного ритма при применении низкочастотных вибраций 2-10 Гц. Вариабельность сердечного ритма уменьшалась с повышением температуры стоп при воздействии низкочастотных вибраций 2-10 Гц.

Оценка распределения кровотока в кровообращении плода мыши на поздних сроках гестации с помощью высокочастотной допплерографии

оценка гемодинамики плода с помощью допплерографии широко используется в клинической практике для получения ценной информации для диагностики и лечения аномалий плода человека, таких как задержка внутриутробного развития и врожденный порок сердца (28, 37, 48).Во многих экспериментальных исследованиях использовалась ультразвуковая допплерография у крупных животных для наблюдения за развитием сердечно-сосудистой системы плода и выяснения патофизиологических механизмов, таких как перераспределение кровотока в кровотоке плода при физиологических проблемах или болезненных состояниях (39, 50). Как у людей, так и у животных снижение кровотока или снабжения плода кислородом может быть вызвано различными причинами, включая плацентарную недостаточность, материнскую гипоксию и сужение сосудов, вызванное лекарственными препаратами.Кровеносная система плода способна перераспределять поток для поддержания снабжения кислородом жизненно важных органов, включая сердце и мозг, за счет других органов, таких как легкие и печень. Это явление называется «мозгосберегающим эффектом» (5, 8, 35). Это перераспределение потока реализуется за счет вегетативной регуляции кровотока по всей сосудистой системе плода и приводит к изменению кровотока в трех шунтах: венозном протоке (DV), овальном отверстии (FO) и артериальном протоке (DA) (22, 35). ).Как неинвазивная технология, ультразвуковая допплерография сыграла важную роль в количественной оценке распределения кровотока у плода и предлагает безопасный, воспроизводимый и легкодоступный подход для долговременного наблюдения с небольшим вмешательством в физиологию in vivo.

В течение последних двух десятилетий генетически модифицированные модели мышей предоставили важную платформу для изучения роли генов в развитии сердечно-сосудистых заболеваний и пороков развития (6, 9). Мышей-мутантов со структурными аномалиями и дисфункцией плаценты использовали для изучения динамики кровотока в плацентарно-плодовом кровообращении и механизмов, связанных с задержкой внутриутробного развития (23, 24).Кроме того, у плодов мышей с измененными генами применялись дополнительные физиологические вмешательства, такие как гипоксия и гипероксия (29, 33) или воздействие алкоголя, табакокурения или кофеина, для выяснения роли генов-мишеней в родственных патофизиологических процессах и развитии заболеваний. (3, 27, 41). С более широким использованием мутантных моделей мышей для исследования системы кровообращения плода неинвазивные методы продольного мониторинга плода in vivo потенциально имеют большое значение.

Высокочастотная ультразвуковая визуализация была введена для изучения мелких животных более десяти лет назад (12) и широко использовалась для наблюдения сердечно-сосудистой физиологии в мышиных моделях заболеваний человека у постнатальных мышей (53, 55) и мышиных зародышей (16). , 30, 43). С появлением недавно разработанного высокочастотного датчика с линейной матрицей и цветного допплеровского картирования потока (11) эта технология теперь обладает необходимой чувствительностью и разрешением для углубленного наблюдения за системой кровообращения плода у мышей.

Здесь мы представляем систематическую методологию точной количественной оценки кровотока по всей системе кровообращения у плода мыши. Цели этого исследования заключались в том, чтобы: 1 ) разработать методологию всестороннего измерения кровотока по всей сердечно-сосудистой системе плода мыши с помощью высокочастотного ультразвука и 2 ) охарактеризовать распределение кровотока в плоде мыши для получения исходного физиологического эталона. диапазоны для будущих исследований с использованием моделей мышей и для облегчения сравнения с другими видами позвоночных.

Мыши

Экспериментальный протокол этого исследования был одобрен комитетом по уходу за животными и их использованию в Больнице для больных детей, Торонто, Канада. Всего было использовано 14 беременных мышей CD1 в гестационном возрасте эмбрионального дня (E) 17,5, два помета для оценки сердечно-сосудистой анатомии плода ex vivo с помощью микрокомпьютерной томографии (микро-КТ), а остальные 12 для измерения потока in vivo. по ультразвуковой визуализации.

Микро-КТ Ex Vivo для исследования анатомии кровеносной системы плода

Четыре плода вырезали у двух беременных мышей (по 2 плода от каждой самки) под анестезией и фиксировали в 10% формалине на 24 часа.Фиксированные плоды окрашивали йодом в растворе Люголя в течение 1 недели и в 0,1 N растворе йода (Sigma-Aldrich, Сент-Луис, Миссури) в течение еще одной недели. Затем плоды помещали в агар и визуализировали на микро-КТ-сканере высокого разрешения (Skyscan1172; SkyScan, Aartselaar, Бельгия), как подробно описано ранее (52). Напряжение и ток сканера были установлены на 100 кВ и 100 мкА соответственно. Разрешение изображения составляло 13,45 мкм, а сканирование длилось около 6 часов. Необработанные данные были реконструированы с инвертированной интенсивностью сигнала.Общая анатомия кровеносной системы плода была продемонстрирована с помощью проекционных изображений максимальной интенсивности из-за наибольшего поглощения йода кровью в сосудах и, следовательно, наибольшего ослабления рентгеновского излучения (рис. 1). Кроме того, с помощью программного обеспечения для анализа изображений Amira (FEI Visualization Sciences Group, Бордо, Франция и Институт Цузе, Берлин, Германия) мы использовали эти наборы 3D-данных для создания отдельных участков изображения, соответствующих тем, которые используются в ультразвуковой визуализации в реальном времени для подтверждения. целевых сосудов и окружающих структур (рис.2–7).

Рис. 1. Ex vivo микрокомпьютерная томография (микро-КТ) окрашенного йодом эмбрионального дня (Е) 17,5 плода, сосудистая структура которого резко контрастирует с остальным плодом. A : вентральная проекция всего плода с проекцией максимальной интенсивности. B : увеличенное изображение (вентральный вид) восходящей аорты (AA), дуги аорты с основными ветвями, включая общие сонные артерии (ОСА), артериальный проток (DA) и окружающие сосуды, такие как правая и левая верхняя полая вена (РСВК и ЛСВК). C : увеличенное изображение (вид сверху) AA, дуги аорты, нисходящей грудной аорты (DTA) и DA дистальнее точки ветвления правой и левой легочных артерий (RPA и LPA) и соединения с DTA , а также окружающие сосуды, такие как легочные вены (ЛВ). D : увеличенное изображение (вид сбоку) сосудистой сети печени, включая внутрипеченочную пупочную вену (UV _IH ) и венозный проток (DV), соединяющийся с нижней полой веной (НПВ). Обратите внимание, что небольшие ветви портала видны из проксимального сегмента UV _IH . E : вид всего плода сбоку, продемонстрированный с помощью проекции максимальной интенсивности. АВ, непарная вена; Пл, плацента.

Ультразвуковая визуализация in vivo для измерения кровотока в системе кровообращения плода

Использовалась система высокочастотной ультразвуковой визуализации (Vevo 2100; VisualSonics, Торонто, Канада) с датчиком с линейной матрицей 40 МГц. Разрешение изображения составляло ~100 мкм по латерали и 50 мкм по оси. При правильных настройках (частота повторения импульсов 12.5 кГц или менее, соответствующие уровни усиления и пристеночного фильтра), цветовое допплеровское картирование потока четко визуализировало кровоток в сосудистой сети плода и записывало управляемые скорости с использованием импульсно-волнового допплера с регулируемым размером объема образца. Во время ультразвуковой визуализации беременных мышей анестезировали 1,5% изофлураном в 21% кислороде с помощью лицевой маски. Температуру тела матери поддерживали на уровне 36–37°С на протяжении всего эксперимента с помощью терморегулируемой платформы. Процедура была аналогична подробно описанной ранее (53, 54).

Для каждой из 12 беременных мышей был выбран один плод с наиболее благоприятной пространственной ориентацией (лево- или правостороннее положение) в нижней части живота для визуализации интересующих сосудов. Каждый целевой сосуд визуализировали по его продольной оси с использованием двумерной (2D) визуализации, а кровоток очерчивали с помощью цветного допплеровского картирования потока для оценки направления потока. Для измерения скорости объем пробы импульсно-волнового допплеровского доплера регулировали так, чтобы он покрывал весь просвет сосуда, а спектр скорости потока регистрировали с как можно меньшим углом пересечения (всегда <60°), а для анализа применяли угловую коррекцию.Точная регулировка положения выполнялась для максимальной доплеровской амплитуды и интенсивности сигнала с четким контуром, а доплеровское усиление регулировалось до тех пор, пока на фоне не появлялся минимальный шум. Для измерения диаметра были сделаны записи в М-режиме с ультразвуковым лучом, перпендикулярным целевому сосуду. Диаметр и скорость потока измерялись в одном и том же месте вдоль сосуда. Для каждого сосуда наблюдение в режиме реального времени за М-режимом и допплеровским спектром длилось около 2 мин для оценки стабильности сердечных циклов.Сохранялось несколько записей (кинопетлей) длительностью до 5 с М-режима и доплеровского спектра каждая. Интересующие суда были разделены на четыре группы, как описано ниже.

Группа I.

Внутрипеченочная пупочная вена (UV _IH ) и ДВ показаны на рис. 2. При визуализации печени плода в угловом поперечном срезе видно, что UV _IH проходит от поверхности брюшной полости плода через печень, чтобы присоединиться к портальной венозной системе, с соединением с нижней полой веной (НПВ) через ДВ.Диаметр и скорость потока UV _IH регистрировали на начальном участке, который был прямым и постоянным по размеру. DV, как первый шунт в обход печени, имел самую высокую скорость в этой области, как показано допплеровским цветным картированием потока и формой волны скорости.

Рис. 2. Ультразвуковое изображение и доплеровский спектр потока UV _IH и DV с соответствующим изображением сечения из набора данных 3D микро-КТ. A : срез 2D микро-КТ, отображающий UV _IH и DV.Стрелки указывают ориентацию секции визуализации (относительно плода), используемой для ультразвуковой визуализации. B : ультразвуковое изображение в разрезе UV _IH и DV. C : UV _IH , визуализированный с помощью цветного доплеровского картирования потока и его доплеровского спектра скорости потока. D : DV и его доплеровский спектр скорости, характеризующийся систолическим пиком (s), диастолическим пиком (d) и надиром во время систолы предсердий (a). HV, печеночная вена; L, левая сторона плода; Ли, печень; Лу, легкое; R, правая сторона плода; Сп, позвоночник.Другие сокращения см. на предыдущих рисунках.

Группа II.

FO, второй шунт, позволяющий высоконасыщенной кислородом крови из ДВ проходить в левое предсердие, наблюдался в четырехкамерном срезе сердца. Цветное допплеровское картирование потока использовалось для очерчивания шунтирующего потока через FO, а доплеровский спектр скорости потока регистрировался для левой стороны межпредсердной перегородки (рис. 3, A и B ). Для оценки систолической функции сердца плода были выполнены измерения размеров левого и правого желудочка в М-режиме из аналогичного среза с небольшой модификацией для перпендикулярного перехвата (рис. 3, С и D ).

Рис. 3. Срезы сердца плода по данным 3D микро-КТ и соответствующие им изображения УЗИ. A : микро-КТ-изображение овального отверстия (ФО) с указанной ориентацией среза. B : Цветное допплеровское изображение потока FO с его доплеровским спектром скорости, показывающим систолический пик, диастолический пик и обратный пик во время систолы предсердий. C : микро-КТ-изображение сердца плода, показывающее левый (LV) и правый (RV) желудочки. D : УЗИ М-режим для записи ЛЖ и ПЖ для измерения систолической функции. ЛА, левое предсердие; РА, правое предсердие; се, перегородка. Другие сокращения см. на предыдущих рисунках.

Группа III.

Крупные артерии: для измерения выброса левого желудочка диаметр и скорость кровотока в восходящей аорте (АА) регистрировали дистально от синуса аорты на косом срезе, показывающем продольную ось потока от выходного тракта левого желудочка к АА (рис. 4). Главную легочную артерию (MPA) и DA визуализировали в другом косом срезе, показывающем кровоток между выходным трактом правого желудочка и нисходящей грудной аортой (DTA). Для выходного выброса правого желудочка скорость и диаметр регистрировались в МЛА сразу за клапаном легочной артерии. После МПА вниз по течению измеряли диаметр и скорость потока в дистальном сегменте ДА (рис. 5). Аналогичные измерения были выполнены в среднем сегменте ДТА и в одной (правой или левой) общей сонной артерии (ОСА) в венечных отделах плода (рис.6).

Рис. 4. Ультразвуковое изображение и доплеровский спектр аневризмы с анатомическим подтверждением с помощью 3D микро-КТ. A : микро-КТ выводного тракта ЛЖ и АА с указанием ориентации среза. B : Цветное допплеровское картирование потока от выходного тракта ЛЖ до аортального клапана. C : запись АА в М-режиме для измерения диаметра. Стрелка указывает пиковый систолический диаметр. D : Доплеровский спектр скоростей от проксимального отдела аорты. Другие сокращения см. на предыдущих рисунках.

Рис. 5. Ультразвуковые изображения главной легочной артерии (МЛА) и ДА с анатомическим подтверждением микро-КТ. A : изображение микро-КТ MPA и DA с указанием ориентации среза. B : ультразвуковое изображение, показывающее легочное отверстие, MPA и DA, соединяющиеся с DTA. C : Цветное допплеровское картирование потока в МПА и ДА. D : импульсный доплеровский спектр потока от MPA. E : импульсный доплеровский спектр потока от DA. F и G : записи MPA и DA для измерения диаметра в М-режиме. Обратите внимание на изменения спекл-структуры внутри сосуда во время сердечного цикла. D1, пиковый систолический диаметр; D2, средний диастолический диаметр. Другие сокращения см. на предыдущих рисунках.

Рис. 6. Ультразвуковые изображения ДТА и ОСА с анатомическим подтверждением с помощью 3D микро-КТ. A : микро-КТ-изображение ДТА с указанием ориентации среза. B : Цветное допплеровское картирование потока в ДТА и его импульсный доплеровский спектр потока. C : микро-КТ-изображение CCA. D : Цветное допплеровское картирование кровотока в ОСА и его импульсный доплеровский спектр кровотока. Н, голова; LCCA, левая ОСА; Ст, желудок. Другие сокращения см. на предыдущих рисунках.

Группа IV.

Три основные вены, НПВ и правая (RSVC) и левая (LSVC) верхняя полая вена, были визуализированы в коронарном срезе плода.Измерения диаметра и скорости проводились на прямом участке этих трех сосудов до их входа в правое предсердие (рис. 7).

Рис. 7. Ультразвуковые изображения нижней полой вены, RSVC и LSVC с анатомическим подтверждением с помощью 3D микро-КТ. A : микро-КТ-изображение 3 основных вен с указанием ориентации среза. B : ультразвуковое изображение, показывающее три основные вены. C : Цветная допплеровская картография кровотока в 3 основных венах. D , E , F : импульсные доплеровские спектры потока из IVC, RSVC и LSVC соответственно. Другие сокращения см. на предыдущих рисунках.

Наконец, внутриамниотическая пупочная артерия и вена были визуализированы для проверки метода измерения потока с помощью ультразвуковой допплерографии. Использовали любую легко доступную пару пупочной артерии и вены, не ограничиваясь плодами, визуализируемыми для других измерений потока. Записи диаметров в М-режиме и доплеровские спектры скоростей были получены в одном и том же месте в обоих сосудах.Продолжительность всей процедуры составила ~1,5 часа. После УЗИ мышей умерщвляли. Для последних восьми мышей в серии изображенные плоды вскрывали и взвешивали.

Анализ данных

Из каждой сохраненной кинопетли для анализа данных были выбраны три репрезентативных последовательных сердечных цикла. Из спектров доплеровского кровотока были измерены мгновенные скорости путем ручного определения максимальных скоростей в выбранные моменты времени, включая пиковые систолические и конечно-диастолические скорости для артерий и пиковые скорости во время систолы, диастолы и сокращения предсердий для вен. Кроме того, прослеживалась максимальная огибающая спектра для измерения усредненной во времени скорости в течение всего сердечного цикла для всех сосудов. Однако для количественной оценки потока была прослежена средняя скорость, взвешенная по интенсивности (14, 46), и был измерен соответствующий интеграл скорость-время форм волны за весь сердечный цикл. Любой ретроградный интеграл скорость-время кровотока в венах вычитался из антеградного кровотока. Как максимальная, так и взвешенная по интенсивности кривая средней скорости выполнялись автоматически с помощью программного обеспечения ультразвуковой системы.Качество доплеровского спектра оценивали визуально, как и в клинических исследованиях, и оптимальными считали записи с сильным контрастом, максимальной амплитудой и четким контуром.

Диаметр сосудов измеряли по записи в М-режиме путем ручного определения внутренних границ стенок сосудов в выбранной фазе сердечного цикла. Для AA и MPA для расчета потока использовался пиковый систолический диаметр, поскольку выброс потока происходил только во время систолы. Для других периферических артерий со значительным диастолическим прямым потоком, таких как DA, DTA и CCA, были измерены и усреднены как пиковый систолический, так и средний диастолический диаметры.Без синхронной ЭКГ плода мы смогли определить систолу и диастолу по изменению размеров сосудов, а также по спекл-картине артериального кровотока, очерченной с помощью высокочастотного ультразвукового исследования (рис. 4 C , 5 ). Ф , 5 Г ). Последнее явление наблюдалось в аорте взрослых мышей при ультразвуковом исследовании с частотой 30 МГц. Начало и окончание выброса систолического потока с резкими изменениями скорости вызывало резкие изменения спекл-паттерна кровотока в артериях, отмечая начало и конец систолы по движениям сосудов и аортальных клапанов (53).Изменение спекл-паттерна было более четко визуализировано у эмбрионов из-за еще более высокой частоты ультразвука (40 МГц) (рис. 5 G ). Пиковый систолический диаметр был наибольшим размером сосуда вокруг средней систолы, а диастолический диаметр измерялся в середине диастолы. Для вен выполняли три измерения в различные моменты времени (примерно через равные промежутки) на протяжении всего сердечного цикла и усредняли. Мы рассчитали площадь поперечного сечения сосуда по измеренному диаметру, предполагая круглую форму всех сосудов.

Измерения трех сердечных циклов были усреднены как для интеграла скорость-время, так и для диаметра сосудов. Мы рассчитали поток за сердечный цикл, умножив интеграл скорость-время на площадь сосуда, и мы получили скорость потока (мл/мин), умножив поток за сердечный цикл на частоту сердечных сокращений. Комбинированный сердечный выброс (ССО) представлял собой сумму потоков в АК и МПА. Расходы отдельных судов также были преобразованы в проценты CCO. Легочный кровоток (ЛКТ) рассчитывали по разнице между МПА и ДА кровотоками.Поток через ФО оценивался как разница между AA и PBF.

Внутренняя валидация метода, анализ вариаций и статистика

Валидация метода измерения расхода.

В связи с отсутствием золотого стандарта для измерения скорости кровотока у плода мыши был применен метод внутреннего подтверждения для подтверждения точности допплеровских измерений кровотока, использованных в этом исследовании. Измерения кровотока во внутриамниотической пупочной артерии и вене, которые предполагались одинаковыми, сравнивали друг с другом.

Анализ вариантов.

Внутриамниотические пупочные артериальные и венозные диаметры и потоки измерялись двумя наблюдателями, а также одним и тем же наблюдателем с временным интервалом 6 недель. Вариации между наблюдателями и внутри них рассчитывались как разница двух измерений в процентах от среднего. Кроме того, мы оценили вариации измерения кровотока для МПА плода, оценив разницу между началом и окончанием сбора данных (с интервалом ~2 мин) у всех визуализированных плодов, а также коэффициенты вариации потоков, измеренные от 10 эпизоды трех последовательных сердечных циклов за 2-минутный период сбора данных у двух отдельных плодов.

Все данные представлены как среднее значение ± стандартная ошибка. Парный критерий Стьюдента t был использован для сравнения измерений потока для внутреннего подтверждения доплеровского измерения потока. Статистическая значимость была выбрана как P <0,05.

Анатомия кровеносной системы плода, продемонстрированная с помощью Ex Vivo Micro-CT

Трехмерное (3D) изображение микро-КТ с использованием проекционного рендеринга максимальной интенсивности позволило всесторонне визуализировать всю кровеносную систему четырех плодов (рис.1, A и E ), а также позволило детально наблюдать за ключевыми структурами, такими как DA, соединяющий MPA с DTA, и DV между UV _IH и IVC (рис. 1, B–D ). ). В отличие от человека, плод мыши имел двустороннюю верхнюю полую вену и единственную пупочную артерию. У каждого из четырех фиксированных плодов сосудистая сеть не всегда была равномерно заполнена кровью, в связи с чем в проекции максимальной интенсивности не были видны камеры желудочков и некоторые сосудистые сегменты.Однако, поскольку все мягкие ткани плода в разной степени поглощали йод, внутренние структуры были четко изображены. За ходом каждого сосуда следовали серийные 2D-срезы набора 3D-данных. Таким образом, анатомия целевых сосудов и окружающих структур была подтверждена в срезах, соответствующих тем, которые используются при ультразвуковой визуализации, как показано на рис. 2–7.

Гемодинамика и распределение кровотока в системе кровообращения плода с помощью ультразвуковой визуализации in vivo

Масса тела матери составляла 57.1 ± 1,5 г, а средняя частота сердечных сокращений составила 550 ± 16 уд/мин (уд/мин) (с 554 ± 18 уд/мин в начале, 547 ± 14 уд/мин в середине и 548 ± 21 уд/мин в конце сеанса визуализации). ). У каждой беременной мыши обычно было несколько плодов с левым или правым латеральным положением, оптимальным для предполагаемых измерений. Плод в нижней части живота был выбран потому, что он находился далеко от грудной клетки и меньше страдал от дыхательных движений матери, а также близко к материнскому мочевому пузырю, который служил четким ориентиром.Изображенные плоды имели стабильную частоту сердечных сокращений (диапазон 270–280 ударов в минуту) на протяжении всего сбора данных со всех исследуемых сосудов (таблица 1) и нормальную сердечную функцию с фракционными сокращениями левого и правого желудочков 44,9 ± 2,9% ( n = 11). ) и 40,6 ± 1,9 % ( n = 11) соответственно. Средняя масса тела последних восьми зародышей составила 1,19 ± 0,05 г. Измерения были выполнимы для всех опрошенных сосудов, за исключением измерения НПВ у одного плода и записи в М-режиме левого и правого желудочков у другого плода (таблицы 1 и 2).

161.8 ± 15.0

LSVC

98.9 ± 2.6

Таблица 1. Скорость, измеренные отслеживанием максимальной скорости доплеровского спектра сосудов, представляющих интерес в плодах

суда	Mice, N	HR, BPM	PSV, MM	PSV / S	EDV, MM / S	PDV, MM / S	PAV, MM / S	TAV MAX , MM / S
UV IH	12/12	12/12	12/12	12/12	12/12	12/12	12/12	12/12	12/12	277,6 ± 5,7					54. 4 ± 4.9
DV	12/12	297.6 ± 5.8	161.8 ± 15.0	161.8 ± 15.0		126.3 ± 12.2	46.0 ± 5.5 *	116,5 ± 10,5
FO	12/12	271,8 ± 9,7	115,7 ± 11,9		104,9 ± 13,5	-63,9 ± 14,1	46,8 ± 5,3
	А.А. 12/12	278,9 ± 7,7	440,4 ± 19,0	0			249. 5 ± 11.3
MPA	12/12	12/12	277,4 ± 8.3	353.9 ± 17,0	± 17,0	0			203,4 ± 10.8
da	12/12	278,8 ± 8.7	220,3 ± 13,1	9,2 ± 1,9			98,6 ± 5,3
	ДТА 12/12	276,0 ± 9,2	223,3 ± 15,7	9,8 ± 1,9			111,6 ± 7,3
ССА	12/12	272. 8 ± 10,6	128,8 ± 8,5	18,9 ± 1,5			65,6 ± 4,1
	IVC 11/12	275,7 ± 10,6	136,0 ± 8,1		61,2 ± 5,6	-77,5 ± 4,8	53,3 ± 2,6
	RSVC 12/12	274,1 ± 8,6	61,8 ± 4,8		27,4 ± 2,5	-28,3 ± 2,8	24,8 ± 1,8
	12/12	275. 0 ± 7,3	78,8 ± 8.7					30.0 ± 2.9	-41.8 ± 4.1	28,9 ± 2.6

Таблица 2

N

Таблица 2. Спектр скоростей в сосудах интереса к плодам

Mice, N	DR	TAV Средство , мм / с	Расход, мл / мин	/МТ, мл/мин/г	Процент CCO, %
УФ ИГ	12/12	0. 35 ± 0,02	29,11 ± 2,71	0,17 ± 0,02 0,13	± 0,01	13,6 ± 1,0
	Д.В. 12/12	0,23 ± 0,01	54,07 ± 5,6	0,13 ± 0,02	0,09 ± 0,01	10,4 ± 1.1
FO	12/12	12/12	12/12		27.2 ± 2.9	0,38 ± 0,06 *	0,27 ± 0,06 *	31,2 ± 5.3 *
AA	12 /12	0. 49 ± 0,02	117,3 ± 7,2	0,58 ± 0,04	0,47 ± 0,04	47,8 ± 2,3
	МРА 12/12	0,56 ± 0,01	99,0 ± 6,3	0,64 ± 0,04	0,55 ± 0,04	52,2 ± 2,3
	Д.А. 12/12	0,51 ± 0,01	50,9 ± 2,9	0,43 ± 0,02	0,34 ± 0,03	35,6 ± 2,4
	ДТА 12/12	0.51 ± 0,01	60,1 ± 4,9	0,51 ± 0,03	0,41 ± 0,03	41,9 ± 2,6
	ССА 12/12	0,197 ± 0,005	30,7 ± 1,8	0,046 ± 0,003	0,038 ± 0,004	3,8 ± 0,3
	IVC 11/12	0,50 ± 0,01	30,3 ± 2,0	0,37 ± 0,04	0,29 ± 0,03	29,5 ± 2,2
	RSVC 12/12	0. 49 ± 0,01	13,8 ± 1,0	0,16 ± 0,01	0,12 ± 0,01	12,7 ± 1,0
	LSVC 12/12	0,42 ± 0,01	14,7 ± 1,3	0,12 ± 0,01	0,09 ± 0,01	9,9 ± 0,9

Записанные доплеровские спектры скоростей продемонстрировали характерные формы волн для отдельных сосудов (рис. 2–7). Кровоток в UV _IH имел плоский спектр с постоянной скоростью, в то время как кровоток в DV демонстрировал высокие скорости со специфической трехфазной волной, включая систолический и диастолический пики и надир во время сокращения предсердий.Поток через FO показал трехфазный паттерн с преобладающим потоком справа налево в систолу и раннюю диастолу и обратным зубцом А в сторону правого предсердия во время предсердного сокращения. Кровоток в магистральных артериях, близких к сердцу, включая АА и МЛА, имел большую антеградную кривую только во время систолы. Поток в DA имел большую форму систолической прямой волны с очень низкой прямой скоростью во время диастолы. Относительно периферические артерии, такие как DTA и CCA, имели большую систолическую антеградную форму волны с непрерывным прямым потоком в течение диастолы.Основные вены, впадающие в сердце, в том числе НПВ, RSVC и LSVC, имели сходные трехфазные волны, например, антеградные волны во время систолы и диастолы с реверсированием потока во время сокращения предсердий. Мгновенные или пиковые скорости и усредненные по времени скорости доплеровских волн для всех сосудов представлены в таблице 1.

Рассчитанные параметры кровотока в целевых сосудах представлены в таблице 2. CCO составлял 1,22 ± 0,05 мл/мин ( n = 12), с вкладом левого желудочка (поток в АА) на 47.8 ± 2,3% и правый желудочек (поток в МПА) на 52,2 ± 2,3%. ОЦК, нормированная по массе тела плода, составила 1,02 ± 0,05 мл·мин ^-1 ·г ^-1 ( n = 8), также для всех целевых сосудов были получены скорости кровотока, индексированные по массе тела (табл. 2) с вариациями, показанными на рис. 8. Относительно CCO проценты потока составили 13,6 ± 1,0 % для UV _IH , 10,4 ± 1,1 % для DV, 35,6 ± 2,4 % для DA, 41,9 ± 2,6 % для ДТА, 3,8 ± 0,3% для ОСА, 29.5 ± 2,2% для НПВ, 12,7 ± 1,0% для RSVC и 9,9 ± 0,9% для LSVC. Расчетный процент кровотока составил 16,6 ± 3,4% для малого круга кровообращения и 31,2 ± 5,3% для FO (рис. 9).

Рис. 8. Графики скорости кровотока, индексированные по массе тела ( n = 8), в крупных сосудах плода мыши. Прямоугольник представляет собой расстояние между 1-м (Q1) и 3-м (Q3) квартилями (Q1 и Q3 — нижняя и верхняя границы прямоугольника). Усы показывают самые высокие и самые низкие точки данных или 1.5 раз коробка (Q3-Q1). Выбросы — это те, которые более чем в 1,5 раза превышают поле (Q3-Q1). ** Легочный кровоток (ЛКТ) и ФО рассчитывали на основе измерений других сосудов. Другие сокращения см. на предыдущих рисунках.

Рис. 9. Диаграмма, показывающая основной контур и пропорции потока относительно комбинированного сердечного выброса в представляющих интерес сосудах в системе кровообращения плода мыши. ** Потоки PBF и FO были рассчитаны на основе измерений других сосудов.UA и UV представляют внутриамниотическую пупочную артерию и вену соответственно. Другие сокращения см. на предыдущих рисунках.

Валидация измерения потока и анализ вариаций

Скорость потока составила 0,21 ± 0,03 мл/мин ( n = 12) для внутриамниотической пупочной артерии и 0,22 ± 0,03 мл/мин ( n = 12) ) для внутриамниотической пупочной вены с разницей 1,6 ± 6,8%. Вариации внутри наблюдателя составили 1,8 ± 0,8% для диаметра и 7.6 ± 2,9 % для потока внутриамниотической пупочной артерии, 4,9 ± 1,4 % для диаметра и 7,0 ± 4,2 % для потока внутриамниотической вены. Различия между наблюдателями составили 1,0 ± 0,9 % для диаметра и 5,5 ± 3,2 % для потока внутриамниотической пупочной артерии, 4,8 ± 1,6 % для диаметра и 8,8 ± 4,4 % для потока внутриамниотической вены.

Разница расчетных потоков между началом и окончанием набора данных на МПА составила 3,72 ± 2.10% ( н = 12). У двух случайно выбранных плодов коэффициенты вариации потоков МПА, измеренные по 10 эпизодам трех последовательных сердечных циклов, составили 5,06 и 5,45%.

Методология использования высокочастотного ультразвука для оценки кровообращения плода мыши

В этом исследовании впервые была разработана систематическая методология с использованием высокочастотного допплеровского ультразвука для всесторонней оценки распределения потока в системе кровообращения плода мыши на поздних сроках беременности.Ультразвук на частоте 40 МГц обеспечивает высокое пространственное разрешение для идентификации крупных сосудов плода и измерения диаметра сосудов порядка 200 мкм. Хотя технически сложно манипулировать датчиком для достижения перпендикулярного угла между ультразвуковым лучом и целевым сосудом, запись в М-режиме имеет значительное преимущество, заключающееся в визуализации динамических изменений размера сосудов, что обеспечивает надежный расчет потока путем усреднения измерений диаметра по всему объему. сердечный цикл. Кроме того, перпендикулярный угол захвата позволяет более четко визуализировать тонкие стенки сосудов как в 2D, так и в М-режиме из-за более сильного отражения ультразвука от перпендикулярной границы раздела тканей (рис.5, Б, Ф, Г ). В большинстве предыдущих исследований на людях (25, 32) и крупных животных (2, 45) диаметры сосудов измерялись с помощью двухмерной визуализации. Широко признано, что измерение площади сосуда представляет собой важный источник ошибок при расчете расхода, поскольку площадь зависит от квадрата диаметра. Эта ошибка вызывает особую озабоченность у плода мыши из-за небольшого размера сосудов. Поэтому целесообразно вести запись в М-режиме, чтобы обеспечить точность измерения диаметра. В настоящем исследовании выходные выбросы левого и правого желудочка измерялись в проксимальных сегментах аортальной и легочной артерий соответственно.Мы обнаружили, что у плодов мышей было легче получить непрерывные кривые аортального и легочного аорты в М-режиме для измерения диаметра, но труднее определить размеры аортальных и легочных колец с помощью 2D-изображения, как это ранее делалось у плодов человека (21). .

В этом исследовании также подчеркивается важность цветного допплеровского картирования потока при проведении импульсного доплеровского измерения скорости у плода мыши. Сосуды плода были менее четкими при 2D-изображении, когда они не были перпендикулярны ультразвуковому лучу.Кроме того, эти сосуды имеют малую скорость и находятся в непосредственной близости друг от друга в средостении. Все эти факторы создают большие трудности при дифференциации отдельных сосудов только с помощью 2D-визуализации тканей. С помощью цветного допплеровского картирования потока при низкой частоте повторения импульсов и низком уровне пристеночного фильтра мы можем правильно визуализировать кровоток в сосудах плода, при этом направление потока указывается цветом. В результате отдельные сосуды легко идентифицируются, а их скорость измеряется с поправкой на угол.

Для расчета скорости кровотока скорость измеряли по средневзвешенной по интенсивности кривой доплеровского спектра, как это обычно делается у людей (14, 46). В некоторых предыдущих исследованиях, предполагая параболический профиль скорости поперек просвета сосуда, скорость, измеренную путем отслеживания максимальной скорости, умножали на 0,5 и использовали в качестве среднего поперечного сечения при расчете кровотока (49). Однако из-за небольшого размера сосудов плода мыши, их движения при материнском дыхании и возможности непараболического потока такие оценки средней скорости могут быть ненадежными.Например, цветовое допплеровское картирование кровотока продемонстрировало параболические профили скорости в магистральных артериях, включая АА, МПА, ДА и ДТА (рис. 4 B , 5 C , 6 B ), но более плоскую или резко параболическую скорость. распространение в крупных венах (рис. 7 C ). Чтобы преодолеть это ограничение в оценке средней скорости по просвету, мы отрегулировали объем выборки импульсного доплера так, чтобы он покрывал весь просвет, и рассчитали взвешенную по интенсивности среднюю скорость доплеровского следа. Высококачественный доплеровский спектр с самым сильным сигналом, самой высокой амплитудой и четким контуром обеспечил точность отслеживания средней скорости, взвешенной по интенсивности, и последующего расчета кровотока.

Гемодинамика и распределение кровотока в системе кровообращения плода мыши на поздних сроках беременности

Допплеровские волны скорости в артериях плода мыши сходны с таковыми у людей и крупных животных (13, 26). Двунаправленный поток через FO был аналогичен потокам, обнаруженным у плодов человека (10, 51), но его следует интерпретировать с осторожностью, поскольку объем доплеровского образца был относительно большим, а спектр скоростей мог быть осложнен близлежащим притоком из легочных вен.Допплеровские волны скорости у плода мыши в UV _IH , DV и полых венах (IVC, RSVC и LSVC) также аналогичны таковым у людей и крупных животных (4, 15, 34).

Распределение кровотока по кровеносной системе плода тщательно изучалось на людях и крупных животных. У плодов ягнят ОЦК во второй половине беременности составляет ~0,45 мл·мин ^-1 ·г ^-1 , при этом 60-65% приходится на правый желудочек и 35-40% — на левый желудочек, В результате соотношение правого и левого сердечного выброса равно 1.от 5 до 1,85 (1, 38). У человеческого плода бивентрикулярный сердечный выброс, индексированный по массе тела, составлял от 0,425 до 0,503 мл·мин ^-1 ·г ^-1 , при этом соотношение правого и левого сердечного выброса колебалось от 1,0 до 1,5 в течение последнего триместра. 25, 32). В настоящем исследовании также наблюдается преобладание правых отделов сердца в сердечном выбросе плода, и соответствующее отношение составляет ~1,15, что ниже, чем у плода ягненка, но находится в пределах зарегистрированного диапазона для человека. Интересно, что CCO у плода мыши (1.02 мл·мин ^-1 ·г ^-1 ) примерно в два раза выше, чем зарегистрированные данные для людей и ягнят. Предыдущие сообщения предполагают, что у широкого круга млекопитающих масса тела обратно пропорциональна частоте сердечных сокращений, сердечному выбросу и скорости метаболизма на единицу массы тела (7, 17). Овцы похожи на людей по массе тела, а также по частоте сердечных сокращений и сердечному выбросу. Однако мелкие млекопитающие, такие как мыши, должны иметь высокую скорость потребления кислорода и скорость метаболизма для поддержания постоянной температуры тела и, следовательно, нуждаются в высокой частоте сердечных сокращений и сердечном выбросе на единицу массы тела.Частота сердечных сокращений взрослых мышей примерно в 10 раз выше, чем у взрослых людей (~600 против 60 ударов в минуту), а сердечный выброс взрослых мышей (0,48–0,53 мл·мин ^-1 ·г ^-1 ) (18) составляет более чем в шесть раз выше, чем у взрослых людей (5,3 л/мин) при нормализации по массе тела (0,08 мл·мин ^-1 ·г ^-1 при массе тела 65 кг) (36). Как было установлено в настоящем исследовании, у плода мыши на поздних сроках беременности частота сердечных сокращений была примерно в два раза выше, чем у плода человека того же возраста (270 против 270).140 ударов в минуту) (31) и сердечный выброс.

Легочный кровоток у доношенного плода ягненка составлял всего 6% от CCO (1). Однако соответствующие данные для человеческого плода в целом указывают на более высокую PBF, от 11 до 25% (25, 32, 44). Рассчитанный легочный кровоток (17%) в настоящем исследовании согласуется с данными человека, полученными прямым измерением кровотока в легочных артериях (32). Рассчитанный поток ФО (31%) также очень близок к соответствующим данным для человеческого плода (36%) на поздних сроках беременности (25), а также для доношенного плода ягненка (34%) (1).

Поток в верхнюю часть тела плода, включая головной мозг, можно приблизительно оценить, сложив поток в RSVC и LSVC. В настоящем исследовании это измерение составило 22,6 ± 1,7%, что очень похоже на соответствующее измерение (23%) у доношенного плода овцы (19) и кровоток в верхней полой вене (28%) у человеческого плода, измеренный по МРТ (40).

Что касается доли кровотока в плацентарном кровообращении, то одна пятая ОЦО распределяется в плаценте у плода человека в ближайшем будущем (21). В качестве первого шунта внутриутробного кровообращения ДВ обходит печеночный кровоток и направляет обогащенную кислородом кровь, возвращающуюся из плаценты к сердцу. Как сообщалось ранее, доля пуповинной венозной крови, перфузирующей ДВ, значительно различалась у плодов человека (8-92%) и ягнят (36-64%), и эта скорость шунтирования ДВ увеличивается в ответ на дистресс плода, такой как гипоксия. 47). У исследованных плодов мышей кровоток в плацентарный кровоток, измеренный в UV _IH , составил 13.6% КСО, что ниже, чем у плода человека. Тем не менее, кровоток в ДВ имел более высокую долю от пупочного венозного кровотока (77%), чем у более крупных животных и людей. Хотя в настоящем исследовании насыщение материнской крови кислородом не контролировалось, возможность гипоксии можно было исключить, поскольку беременные мыши находились под стабильным снабжением 21% кислородом с хорошо поддерживаемой температурой тела. Наиболее убедительно то, что на протяжении всего эксперимента частота сердечных сокращений как матери, так и плода была очень стабильной, а систолическая функция сердца плода была нормальной по сравнению с человеческим плодом того же возраста [фракционные сокращения левого и правого желудочков составляли 32% (27- 39%) и 36% (26–42%) соответственно] (42).

Наблюдаемые расхождения в плацентарном кровотоке и частоте шунтирования ВН между плодами мыши и человека могут быть связаны с разницей в числе плодов при каждой беременности. У людей чаще всего бывает одноплодная беременность, но у мышей CD1 обычно бывает 10–15 плодов в каждом помете. В исследовании на людях (46) процент пуповинного венозного кровотока, проходящего через ДВ, у плодов при многоплодной беременности (двойней и тройней) был значительно выше, чем у одноплодных плодов (55% против 43%).Однако кровоток в пупочной вене, нормализованный по массе тела плода, был одинаковым для плодов в обоих условиях (140 мл·мин ^-1 · кг ^-1 ), что почти совпадает с тем, что мы нашли для плодов мышей ( 0,13 ± 0,01 мл·мин ^-1 ·г ^-1 ). Таким образом, мы предполагаем, что кровь через плацентарное кровообращение может быть сходной с нормализованной по массе тела, несмотря на разное количество плодов, но скорость шунтирования ДВ может увеличиваться с увеличением числа плодов, чтобы обеспечить достаточное количество обогащенной кислородом крови, проходящей непосредственно в левые отделы сердца. для перфузии жизненно важных органов.Принимая во внимание гораздо большее количество плодов при беременности мышей, мы ожидаем увидеть более высокую частоту шунтирования по ДВ, как это было обнаружено в настоящем исследовании. Снижение печеночной перфузии за счет пупочного венозного кровотока у плода мыши может быть частично компенсировано кровотоком из печеночной артерии и воротной вены, который может быть выше, чем у других видов, поскольку CCO плода мыши продемонстрировал более высокий гемодинамический статус по сравнению с человека и крупных животных.

Ограничения

Во-первых, не существует золотого стандарта для измерения кровотока у плода мыши.Методы, используемые в настоящем исследовании, в основном адаптированы из предыдущего опыта на людях. При проверке метода усредненные измерения потока из внутриамниотической пупочной артерии и вены очень близки друг к другу без существенных различий, что подтверждает точность метода, использованного в настоящем исследовании. С другой стороны, эти измерения немного выше, чем поток в UV _IH исследованных плодов, вероятно, потому, что они были измерены на случайных плодах с легкодоступной пуповиной, а не на изображенных плодах.Кроме того, небольшие ответвления (воротные вены) были видны из проксимального сегмента UV _IH (рис. 1 D ), и отклонение потока вокруг места отбора доплеровской скорости могло привести к несколько более низкому измерению для UV _IH поток. В этом смысле представляется предпочтительным использовать интраамниотическую пупочную вену для оценки доли потока в плацентарном кровообращении у плода мыши, но это требует дальнейшего подтверждения в будущих исследованиях.

Во-вторых, визуализировались только плоды с наиболее благоприятной ориентацией, левым или правым боковым положением.Однако эти две позиции чаще всего встречаются на поздних сроках гестации, и всегда можно было найти несколько плодов с такими позициями. Имея достаточную практику и имея в виду четкую трехмерную геометрию сосудов плода, было бы несложно выполнить аналогичные измерения у плодов с субоптимальной ориентацией путем соответствующей модификации срезов изображения.

В-третьих, был получен снимок только одного плода, хотя в каждом помете было >10 плодов. Представленная методика больше всего подходит для пометов с однородным генотипом.У мутантных мышей с гетерогенными генотипами в помете было бы сложно идентифицировать отдельные плоды со специфическими генотипами. Обнадеживает то, что в недавнем исследовании Ji и Phoon (20) была достигнута 100% точность локализации отдельных эмбрионов в течение гестационного периода с использованием нетравматического ультразвукового картирования по сравнению с лапаротомной картой, что позволяет проводить корреляцию генотип-фенотип. Кроме того, могут быть проведены терминальные эксперименты с изучаемыми плодами, вскрытыми сразу после ультразвуковой визуализации, чтобы сопоставить физиологические данные с генотипом.

Выводы

В этом исследовании впервые была разработана систематическая методология с использованием высокочастотной допплерографии для комплексной оценки распределения кровотока в системе кровообращения плода мыши на поздних сроках беременности. По сравнению с человеческими и крупными животными, плод мыши продемонстрировал в целом сходную сосудистую анатомию, допплеровские формы волны скорости потока и распределение потока в большинстве частей системы кровообращения, но с двусторонней полой веной и единственной пупочной артерией, вдвое более высоким CCO и немного меньшая доля кровотока в плацентарном кровообращении.Представленные данные послужат базовым физиологическим ориентиром для будущих исследований с использованием мышей в качестве экспериментальных моделей.

Участие авторов: Y.-Q.Z., L.S.C., M.S., C.K.M. и J.G.S. концепция и дизайн исследования; Y.-Q.Z., L.S.C. и M.D.W. проведенные эксперименты; Y.-Q.Z., L.S.C. и M.D.W. проанализированные данные; Y.-Q.Z., M.S., C.K.M. и J.G.S. интерпретированные результаты экспериментов; Y.-Q.Z., L.S.C. и M.D.W. подготовленные фигуры; Ю.-К.З. черновая рукопись; Y.-Q.Z., L.S.C., M.D.W., M.С., С.К.М. и Дж.Г.С. отредактированная и исправленная рукопись; Y.-Q.Z., L.S.C., M.D.W., M.S. , C.K.M. и J.G.S. утвержден окончательный вариант рукописи.

Сосудистые исследования | Медицина Джона Хопкинса

Что такое исследования сосудов?

(исследования артерий и вен сонных артерий, рук и ног, ультразвуковое исследование сонных артерий, допплеровское исследование вен, допплеровское исследование артерий, записи пульсового объема, PVRS)

Сосудистые исследования — это тесты, которые проверяют кровоток в ваших артериях и венах.Эти тесты неинвазивны. Это означает, что они не используют иглы.

В исследованиях сосудов используются высокочастотные звуковые волны (ультразвук) для измерения объема кровотока в кровеносных сосудах. Небольшой ручной зонд (преобразователь) прижимается к коже. Звуковые волны проходят через кожу и другие ткани тела к кровеносным сосудам. Звуковые волны эхом отражаются от клеток крови. Эти эхо-сигналы затем отправляются на компьютер и отображаются на экране в виде изображений или видео.

В исследованиях сосудов может использоваться один из следующих специальных типов ультразвуковой технологии:

• Ультразвуковая допплерография. Это позволяет поставщику медицинских услуг видеть кровоток в артериях и венах. Количество крови, перекачиваемой с каждым ударом сердца, является признаком того, насколько велико отверстие сосуда. Ультразвуковая допплерография также может обнаружить аномальный кровоток в сосуде, что может означать закупорку.

• Цветной допплер. Это расширенная форма ультразвуковой допплерографии. Он использует разные цвета, чтобы показать направление кровотока.

Зачем мне может понадобиться исследование сосудов?

Исследование сосудов может проводиться для:

• Проверьте признаки и симптомы, которые могут означать, что у вас снижен кровоток в артериях или венах на шее, ногах или руках

• Оцените процедуры, которые вы выполняли ранее для восстановления кровотока в области

• Оцените устройство для сосудистого диализа (например, атриовентрикулярную фистулу на руке)

Ваш врач может порекомендовать исследование сосудов по другим причинам.

Проблемы со здоровьем, которые могут вызвать снижение кровотока в артериях или венах, включают:

• Атеросклероз. Медленное закупоривание артерий в течение многих лет жировыми материалами (бляшками) и другими веществами в кровотоке.

• Аневризма. Увеличение (расширение) части сердечной мышцы или главной артерии тела (аорты). Это может вызвать слабость тканей в месте аневризмы.

• Тромб или эмбол. Сгусток крови, образующийся в кровеносном сосуде, представляет собой тромб. Эмбол представляет собой небольшую массу материала, которая перемещается по кровеносным сосудам в другую часть тела, но застревает в сосуде.

• Воспалительные состояния. Отек (воспаление) кровеносного сосуда может возникнуть из-за травмы или попадания в сосуд раздражающего лекарства. Это также может быть вызвано инфекцией или аутоиммунным заболеванием.

• Варикозное расширение вен. Большие вздутые вены на ногах. Они возникают, когда клапаны в венах ног плохо работают, позволяя крови скапливаться в голени.

Симптомы, которые могут возникнуть при снижении притока крови к ногам, включают:

• Боль или слабость в ногах при физической нагрузке (хромота)

• Отек

• Болезненность, болезненность, покраснение или повышение температуры в ноге

• Бледная и холодная кожа, может быть даже сероватого или синего цвета

• Онемение или покалывание

• Боль в стопе, возникающая в положении сидя или лежа и облегчающаяся в положении стоя (боль в покое)

Если ваш врач считает, что у вас может быть снижен кровоток в руках, ногах или шее, могут быть проведены исследования сосудов.

Виды исследований сосудов

Существуют различные виды исследований сосудов. Анализы, которые вам предстоит пройти, будут зависеть от ваших симптомов и от того, что, по мнению вашего врача, может быть проблема с сосудами. Виды сосудистых исследований включают:

Исследование записи объема пульса (PVR). Это делается для оценки кровотока в руках или ногах. На руку или ногу надуваются манжеты для измерения артериального давления, и кровяное давление там измеряется с помощью допплеровского датчика.

Дуплексное сканирование сонных артерий. Этот тип доплеровского исследования проверяет сонные артерии на шее. Он дает двухмерное (двухмерное) изображение артерий. Это может показать структуру артерий, заблокированную область и то, насколько хорошо течет кровь.

Дуплексное сканирование сонных артерий. Этот тип УЗИ сосудов позволяет выявить закупорку или сужение (стеноз) сонных артерий на шее. Он также может проверить ветви сонной артерии.

Ваш лечащий врач может назначить другие сопутствующие анализы или процедуры в зависимости от вашей проблемы со здоровьем.

Каковы риски исследования сосудов?

Исследования сосудов безопасны и безболезненны. Они не используют радиацию. И вы, скорее всего, не почувствуете никакого дискомфорта, когда ультразвуковой датчик будет помещен на кожу.

Некоторым людям может быть неудобно лежать на столе для осмотра во время процедуры.

У вас могут быть другие риски в зависимости от вашей конкретной проблемы со здоровьем. Обязательно обсудите любые проблемы со своим провайдером перед тестом.

Определенные факторы или состояния могут мешать исследованию сосудов. К ним относятся:

• Курение не менее чем за час до исследования, так как курение вызывает сужение кровеносных сосудов

• Тяжелое ожирение

• Нерегулярные сердечные ритмы (нарушения сердечного ритма или аритмии)

• Болезнь сердца

Как подготовиться к исследованию сосудов?

• Как правило, вам не нужно готовиться к исследованию сосудов.

• Ваш врач может дать вам конкретные инструкции относительно курения и употребления кофеина. Вас могут попросить не курить как минимум за 2 часа до теста. Это связано с тем, что курение заставляет кровеносные сосуды сужаться. Вас также могут попросить не употреблять кофеин в любой форме примерно за 2 часа до теста.

Что происходит во время исследования сосудов?

Исследование сосудов может быть проведено амбулаторно, что означает, что вы отправляетесь домой в тот же день.Или это может быть сделано в рамках пребывания в больнице. Процедуры могут различаться в зависимости от вашего состояния и практики вашего поставщика медицинских услуг.

Как правило, исследование сосудов проводится следующим образом:

1. Вас попросят снять все украшения или другие предметы, которые могут помешать проведению процедуры. Вы можете носить очки, зубные протезы или слуховой аппарат, если используете что-либо из них.

2. Если вас попросят снять одежду, вам дадут халат.

3. Вы будете лежать на смотровом столе или кровати.

4. Прозрачный гель будет нанесен на вашу кожу в местах, где ожидается прослушивание пульса.

5. Доплеровский зонд будет прижат к вашей коже и перемещаться по области исследуемой артерии или вены.

6. При обнаружении кровотока вы услышите звук «свист-свист». Зонд будет перемещаться для сравнения кровотока в различных областях артерии или вены.

7. Для исследования артерий ног будут использоваться манжеты для измерения артериального давления. Их надевают на 3 разных места на ноге: бедро, икру и лодыжку. Это делается для сравнения артериального давления в этих областях. Сначала накачивается манжета вокруг бедра. Артериальное давление проверяют, помещая доплеровский датчик чуть ниже манжеты.

8. Манжета вокруг голени будет надута, а артериальное давление проверено.

9. Манжета на вашей лодыжке будет надута, а кровяное давление проверено.

10. Затем измеряется артериальное давление на руке, находящейся на той же стороне, что и только что изученная нога. Это используется, чтобы узнать, насколько кровоток заблокирован в ваших ногах.

11. По окончании процедуры гель будет удален с кожи.

Что происходит после исследования сосудов?

Вы можете вернуться к своему обычному питанию и занятиям, если только ваш врач не порекомендует вам иного.

Как правило, особого ухода после исследования сосудов не требуется. Ваш поставщик медицинских услуг может дать вам другие инструкции, в зависимости от вашей ситуации.

Реакция пальцевого кровообращения на энергетически эквивалентные комбинации амплитуды и продолжительности вибрации

Считается, что неблагоприятное воздействие вибрации, передаваемой через руки, на пальцевое кровообращение рабочих, использующих вибрирующие инструменты, в первую очередь зависит от физических характеристик вибрации, главным образом от ее частоты и интенсивности. его величины, а также от продолжительности вибрации.1 Наши предыдущие экспериментальные исследования показали, что сосудосуживающая реакция пальцевых сосудов после воздействия вибрации частотой 125 Гц увеличивалась либо при увеличении среднеквадратичной (СКЗ) величины ускорения с 5,5 до 62 м/с ² (при неизменной продолжительности воздействия 15 минут) или при увеличении продолжительности воздействия с 7,5 до 30 минут (при неизменной магнитуде вибрации 87 м/с ² СКЗ)2.
3 Мы также обнаружили влияние частоты вибрации на цифровую функцию кровообращения: при той же частоте взвешенное ускорение, острое воздействие вибрации с частотами от 31.От 5 до 250 Гц провоцировали большее снижение кровотока пальца (СКК), чем вибрация 16 Гц.4 При этом чем выше частота вибрации, тем сильнее снижение КСК в восстановительном периоде после окончания вибрации. Этот вывод, по-видимому, не подтверждает частотную характеристику вибрации, рекомендованную в международном стандарте ISO 5349 (1986), в котором предполагается, что реакция системы рука-рука на вибрацию не зависит от частоты вибрации ниже 16 Гц, но уменьшается обратно пропорционально частоте вибрации. частота вибрации на более высоких частотах.5

В действующих стандартах вибрации, передаваемой через руки, ежедневное воздействие вибрации выражается как 8-часовое среднеквадратичное ускорение, взвешенное по частоте, эквивалентной энергии (A(8)), мера вибрации, которая предполагает обратную зависимость между продолжительностью ежедневного воздействия и квадратом амплитуда ускорения вибрации, взвешенная по частоте.6 Эта вторая зависимость мощности от времени удобна для инструментов и измерительных процедур и обычно принимается в методах усреднения среднеквадратичных значений.Тем не менее, как эпидемиологических, так и экспериментальных данных недостаточно, чтобы установить, что такая временная зависимость энергетического эквивалента отражает реакцию системы рука-рука на вибрацию различной продолжительности в течение дня.1

Цель этого исследования заключалась в изучении острой реакции кровообращения пальцев на вибрацию с различными комбинациями величины и продолжительности, но с той же величиной ускорения, эквивалентной энергии, в соответствии с действующими стандартами вибрации, передаваемой через руки. 5
6 Вибрация производилась на частоте 125 Гц, поскольку широко распространено мнение, что эта частота вибрации вызывает вызванный вибрацией белый палец. 7 Кроме того, несколько экспериментальных исследований показали, что 125 Гц вызывает более сильные изменения в циркуляции пальцев, чем некоторые более низкие и более высокие частоты вибрации. 8
9 Циркуляторные эффекты вибрации отслеживались как в вибрирующих, так и в невибрирующих пальцах.

Субъекты и методы

СУБЪЕКТЫ

Десять здоровых мужчин-добровольцев, восемь белых и два азиата, дали письменное информированное согласие на участие в исследовании.Все испытуемые были студентами или офисными работниками, не имевшими истории регулярного использования ручных вибрационных инструментов в профессиональной или досуговой деятельности. Все испытуемые были некурящими. Никто из них не сообщил о сердечно-сосудистых или неврологических расстройствах, заболеваниях соединительной ткани, травмах верхних конечностей или семейном анамнезе феномена Рейно. Средний (SD) возраст испытуемых составил 30,6 (8,5) лет, их средний (SD) рост составил 179 (5,3) см, а их средний (SD) вес составил 80 (12,2) кг. Размеры пальцев измеряли штангенциркулем с точностью до 0.5 мм. Объем и площадь поверхности пальца рассчитывали исходя из объема цилиндра, сформированного из эллипса, исходя из размеров проксимального межфалангового сустава и длины пальца. Средний (SD) объем среднего пальца правой руки составил 25,1 (3,6) см3, среднего пальца левой руки — 23,8 (3,3) см ³ . Средняя (SD) площадь поверхности составила 99,9 (10,3) см ² и 96,5 (10,3) см ² для среднего правого и среднего левого пальца соответственно.

ПОКАЗАТЕЛИ ВРАЧА ПАЛЬЦА

Пальцевый кровоток и систолическое артериальное давление (САД) измерялись на средних пальцах правой и левой руки.Меркурий в силиконовых тензорезисторах накладывали вокруг дистальной фаланги у основания стержней, а пластиковые манжеты для накачивания воздухом (2,4×9 см) закрепляли вокруг проксимальных фаланг и закрепляли липучкой (рис. 1). Манжеты для измерения давления и тензодатчики были подключены к плетизмографу (Digitmatic DM2000, Medimatic A/S, Копенгаген).

Рисунок 1

Экспериментальная установка для создания вибрации, контроля контактной силы и измерения циркуляции пальцев.

ФСК измеряли методом венозной окклюзии: давление в манжетах накачивали до 40–60 мм рт. ст., а увеличение объема определяли с помощью тензодатчика в соответствии с критериями, приведенными Greenfield и соавт. .10 Для каждого измерения были сделаны три плетизмографические записи ФСК, и было рассчитано среднее значение. Измерения FBF выражали в мл/100 мл/мин.

FSBP измеряли с помощью методики, описанной Nielsen et al. .11 Кончики средних пальцев были сжаты, а манжеты давления накачаны до супрасистолического давления выше 200 мм рт.ст. Затем давление в манжетах снижали примерно до 3 мм рт.ст./с. FSBP определяли как давление в манжете, при котором с помощью тензодатчика определялось увеличение объема в дистальной фаланге.

Плечевое систолическое и диастолическое артериальное давление измеряли на правом плече аускультативно с помощью стандартной резиновой манжеты (12×23 см).

Температура кожи пальца (FST) измерялась с помощью термопар типа k, подключенных к термоэстезиометру HVLab, для измерения температуры с точностью ±0,2°C. Термопары были приклеены к тыльной поверхности медиальных фаланг средних пальцев с помощью пористой хирургической ленты (рис. 1).

Комнатная температура измерялась ртутным стеклянным термометром.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОЦЕДУРА

Эксперимент проводился в помещении со средней (SD) температурой 24,4 (0,8)°C. Субъектов просили избегать употребления кофеина в течение 2 часов и алкоголя в течение 12 часов перед тестированием.

На протяжении всего исследования испытуемые лежали на спине, положив руки на деревянные платформы рядом с телом примерно на уровне сердца. После периода акклиматизации продолжительностью около 15 минут измеряли FBF и FST на средних пальцах обеих рук. После того, как были получены предварительные измерения, испытуемых просили приложить правой рукой направленную вниз силу 10 Н на горизонтальную деревянную платформу, установленную на электродинамическом вибраторе (VP30, Derritron). Сигнал от датчика силы Kulite, установленного между платформой и шейкером, использовался для обеспечения визуальной обратной связи для контроля силы, направленной вниз. Все пять пальцев правой руки соприкасались с деревянной платформой. Устройство для управления контактным усилием, а также для генерирования и контроля вибрации показано на фиг.1 и описано в другом месте.12

Синусоидальная вибрация на частоте 125 Гц была произведена в вертикальном направлении с одной из комбинаций невзвешенной среднеквадратичной величины ускорения и продолжительности, показанных в таблице 1. Невзвешенные среднеквадратичные величины ускорения и длительность вибрации были выбраны для получения того же значения A(8) ( ≃1,4 м/с ² среднеквадратичное значение) в соответствии с международным стандартом ISO 5349 (1986). 5 Соотношение экспозиция-реакция, включенное в приложение к ISO 5349, предсказывает, что белые пальцы, вызванные вибрацией, могут возникать у 10% рабочего населения. примерно через 15 лет ежедневного воздействия значения A(8), используемого в этом исследовании.

Таблица 1

Условия воздействия вибрации, использованные в исследовании (различные комбинации среднеквадратичной (среднеквадратичной) величины ускорения и продолжительности воздействия вибрации с частотой 125 Гц дают одну и ту же 8-часовую эквивалентную энергию, взвешенную по частоте, величину ускорения, рассчитанную по формуле международный стандарт ISO 5349 (1986) )

Измерения FBF и FST проводились как в экспонированном (правый), так и в неэкспонированном (левый) среднем пальце непосредственно перед воздействием вибрации, в течение всего периода воздействия вибрации и в течение 45 минут после воздействия.Для 30-минутного периода вибрации измеряли кровообращение в пальцах через 0,5, 1,5, 3,5, 5,5, 7,5, 15, 22,5 и 30 минут после начала вибрации. Первые шесть из этих измерений были сделаны во время 15-минутного воздействия, первые четыре — во время 7,5-минутного воздействия, первые три — во время 3,75-минутного воздействия и первые два — во время 1,88-минутного воздействия. Измерения проводились через те же промежутки времени после окончания вибрации, а затем с интервалом 7,5 минут в течение остального периода восстановления.

Пальцевое и плечевое артериальное давление измеряли в начале и в конце каждой экспериментальной сессии.

Предыдущие исследования показали, что показатели кровообращения в пальцах (FST и FBF) не меняются, когда статическая сила, используемая в этом эксперименте, применяется без вибрации.2
4
12 По этой причине настоящее исследование не включало статические измерения.

10 испытуемых были разделены на две равные группы, чтобы в каждой группе можно было представить пять экспериментальных условий в сбалансированном порядке.Каждый испытуемый посетил пять отдельных экспериментальных сессий продолжительностью от 1 до 1,5 часов, каждая из которых проводилась в отдельный день. Все сеансы были завершены в течение 3 недель.

Исследование было одобрено комитетом по безопасности и этике экспериментов на людях Института исследований звука и вибрации Саутгемптонского университета (Великобритания).

СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Анализ данных выполнен с помощью программного пакета Stata (версия 6.0). Данные были суммированы со средним значением в качестве меры центральной тенденции и SD, SEM или 95% доверительным интервалом (95% CI) в качестве меры дисперсии.Разницу между парными средними проверяли с помощью теста Стьюдента t .

Дисперсионный анализ повторных измерений (ANOVA) использовали для проверки гипотезы об отсутствии различий в сосудистых реакциях при различных условиях воздействия (лечении). Когда в ANOVA было обнаружено, что лечение по времени взаимодействия является значимым (p<0,05), был проведен отдельный анализ результатов в рамках лечения. Для контроля влияния ковариат на переменные отклика также использовался ковариационный анализ повторных измерений (ANCOVA). Когда предположение о сложной симметрии (меры имеют одинаковую дисперсию и корреляции между каждой парой повторных измерений равны) нарушалось, использовалась консервативная проверка коэффициента повторных измерений путем уменьшения степеней свободы отношения F ( Метод Гринхауза-Гейссера).13 95% ДИ Бонферрони для попарных средних сравнений ответа по времени использовались, когда значение вероятности для теста F повторных измерений ANOVA было <0,05 (двусторонний).

Связь между непрерывными переменными и повторными измерениями была оценена с помощью подхода обобщенных оценочных уравнений к наборам данных с повторными измерениями для учета корреляции внутри субъектов.14

Результаты

Измерения сосудов, проведенные до воздействия вибрации, не показали изменений FBF, FST или систолического артериального давления в пальце как на подвергнутом, так и на невоздействованном пальце в течение пяти экспериментальных сессий. Никаких различий в доэкспозиционных показателях пальцевой циркуляции между средним правым и средним левым пальцами не было обнаружено ни в одном сеансе. Плечевое систолическое и диастолическое артериальное давление, измеренное до воздействия, существенно не менялось у субъектов в течение сеансов (диапазон значений для субъектов и сеансов: 100/60–135/80 мм рт. ст.). Никаких различий не было обнаружено для пальцевого или плечевого артериального давления, измеренного в начале и в конце пяти сеансов.

До воздействия анализ повторных измерений методом обобщенных оценочных уравнений показал, что ФСК положительно связана с ФСТ (р<0.005) и объем пальцев (p<0,05) как на среднем правом, так и на среднем левом пальце. Значения FBF и FST в обоих пальцах были обратно пропорциональны возрасту (p<0,05). FST не были связаны с площадью поверхности пальцев. Для обоих пальцев FBF и FST показали положительную, незначительную связь с комнатной температурой (p = 0,07–0,12). Ни в одном пальце не было значимой связи между систолическим артериальным давлением в пальце и FBF или FST.

Температура воздуха в лаборатории хорошо контролировалась, и повторные измерения ANOVA не показали каких-либо существенных различий в комнатной температуре в течение пяти экспериментальных сессий, диапазоны средних значений (SD) составляли 23. 8 (1,0)—24,6 (0,6)°С.

ТЕМПЕРАТУРА КОЖИ ПАЛЬЦА

До воздействия средние (SD) значения FST варьировали от 30,8 (2,8) до 32,3 (2,1)°C в правом (не подвергавшемся воздействию) пальце и от 31,4 (2,7) до 33,0 (1,4)°C в левом (не подвергавшемся воздействию) пальце. ) Палец. Повторные измерения ANCOVA не показали ни лечения по временному взаимодействию, ни различий в FST между пятью условиями воздействия либо на вибрирующий, либо на невибрирующий палец как во время вибрации, так и в период восстановления (результаты не показаны).

ПОТОК КРОВИ ИЗ ПАЛЬЦА

На рис. 2 показаны средние значения FBF, измеренные как в среднем правом (облученном), так и среднем левом (необлученном) пальце до, во время и после воздействия вибрации частотой 125 Гц с различными комбинациями амплитуды и продолжительности, но с одинаковым энергетическим эквивалентом. амплитуда взвешенного по частоте ускорения (A(8)≃1,4 м/с ² среднеквадратичных значений). Когда анализ данных проводился в течение всего периода (до воздействия, воздействия и восстановления) пяти экспериментальных сессий, повторные измерения ANCOVA показали значительное изменение взаимодействия во времени для обоих пальцев (p<0,0. 001). Поэтому анализ результатов проводился для каждого режима воздействия отдельно. Возраст, объем пальцев и комнатная температура были включены в ANCOVA в качестве ковариантов, поскольку они предсказывали ФСК в обоих пальцах до воздействия. В таблицах 2 и 3 приведены средние значения (SEM) для FBF в пальцах, подвергшихся и не подвергавшихся воздействию, на протяжении различных экспериментальных сессий, соответственно, а также средние (95% CI) значения процентных изменений FBF по сравнению с измерениями до воздействия.

фигура 2

Средние значения кровотока в пальцах, измеренные у 10 здоровых мужчин до, во время и после воздействия вибрации с различными комбинациями амплитуды и продолжительности ускорения, но с одной и той же 8-часовой эквивалентной энергией частотно-взвешенной величиной ускорения (≃1,4 м/с ² среднеквадратичное значение) в соответствии с действующими стандартами вибрации, передаваемой через руки.

Таблица 2

Кровоток в пальце2-151 измерен в обнаженном (правом) среднем пальце 10 здоровых добровольцев до, во время и после воздействия вибрации частотой 125 Гц с различной величиной ускорения и продолжительностью, но с той же 8-часовой эквивалентной энергией частотно-взвешенной величиной ускорения (∼1 . 4 м/с ² ) как зависимость от времени, рекомендованная международным стандартом ISO 5349 (1986)

Таблица 3

Кровоток в пальце3-151, измеренный в не подвергавшемся воздействию (левом) среднем пальце 10 здоровых добровольцев до, во время и после воздействия вибрации частотой 125 Гц с различной величиной ускорения и продолжительностью, но с той же 8-часовой эквивалентной энергией частотно-взвешенной величиной ускорения (∼1,4 м/с ² ) как зависимость от времени, рекомендованная международным стандартом ISO 5349 (1986)

Острое воздействие вибрации частотой 125 Гц при любом сочетании величины и продолжительности ускорения вызывало достоверное снижение ФСК в правом (вибрирующем) пальце (значения p повторных измерений ANCOVA: 0.011 до <0,0001, таблица 2). По сравнению с измерениями до воздействия было обнаружено снижение ФОС вибрирующего пальца в каждый момент времени измерения в течение периода воздействия для всех условий эксперимента. В каждом условии воздействия не было различий между последовательными измерениями ФСК, то есть снижение кровотока в вибрирующем пальце существенно не менялось в течение различных периодов воздействия. В пяти экспериментальных условиях степень вазоконстрикции в вибрирующем пальце была одинаковой в каждый момент времени измерения при воздействии различных вибрационных стимулов.

В течение всего периода эксперимента воздействие вибрации на правую руку с величинами ускорений 44 м/с ² в течение 30 мин, 62 м/с ² в течение 15 мин и 88 м/с ² в течение 7,5 минут вызвало общее достоверное снижение ФСК в левом (невибрирующем) пальце (значения p повторных измерений ANCOVA: от 0,03 до 0,0002), в то время как при воздействии вибрации с величиной ускорения 125 м значимых изменений обнаружено не было. /с ² за 3.75 минут или 176 м/с ² за 1,88 минуты (таблица 3). По сравнению с измерениями до воздействия снижение ФСК левого (невибрирующего) пальца произошло после 5-й минуты воздействия на правую руку величинами ускорений 44 м/с ² в течение 30 минут и 88 м/с. s ² на 7,5 минут.

Практически во все моменты времени измерения в разные периоды воздействия вибрации снижение ФСК было значительно больше в вибрирующем пальце, чем в невибрирующем пальце (парный тест t : p<0. 05). Только на 5,5 и 7,5 мин воздействия не обнаружено различий в ФОС между правым (облученным) и левым (необлученным) пальцем при воздействии на правую руку вибрации магнитудой 88 м/с ² .

Сразу после окончания вибрации произошло увеличение ФСК правого (вибрирующего) пальца. Эта вазодилатация наблюдалась после воздействия вибрации при всех сочетаниях величины и продолжительности ускорения; немедленное увеличение ФОС было значительным по сравнению с последним измерением ФОС, проведенным во время воздействия вибрации частотой 125 Гц с магнитудой 44 м/с ² в течение 30 минут (в среднем +93.3%; 95% ДИ от 47,8% до 139%), 62 м/с ² в течение 15 минут (среднее +153%; 95% ДИ 58,3% до 246%), 88 м/с ² в течение 7,5 минут (среднее +168 %; 95% ДИ от 112% до 223%), 125 м/с ² за 3,75 минуты (среднее +73,5%; 95% ДИ от 24,6% до 122%) и 176 м/с ² за 1,88 минуты ( среднее значение +154%, 95% ДИ от 65,6% до 242). В левом (невибрируемом) пальце достоверное увеличение ФСК произошло только после окончания воздействия вибрации с величиной ускорения либо 44 м/с ² в течение 30 минут (в среднем +44. 3%; 95% ДИ от 11,9% до 76,7%) или 88 м/с ² в течение 7,5 минут (среднее значение +93,6%; 95% ДИ от 24,4% до 163%). В любом пальце не было существенной разницы между FBF, измеренной до воздействия и сразу после окончания любых условий воздействия.

По сравнению с показателями до воздействия снижение ФСК в период восстановления было обнаружено как в вибрируемом, так и в невибрируемом пальце примерно через 22,5 мин после окончания воздействия вибрации с величиной ускорения 44 м/с ² на 30 минут или 62 м/с ² на 15 минут (таблицы 2 и 3).Значимого снижения ФСК в восстановительный период не обнаружено ни в одном пальце после окончания воздействия любого другого вибрационного стимула (с большей амплитудой ускорения при меньшей продолжительности). Тест Бонферрони показал, что снижение FBF в любом пальце между 30 и 45 минутами периода восстановления было значительно больше после воздействия вибрации с величиной ускорения либо 44 м/с ² в течение 30 минут, либо 62 м/с ² в течение 15 минут, чем после воздействия любых других условий (p<0. 05). Во время восстановления не было различий в показателях ФСК между правым (облученным) и левым (необлученным) пальцем в каждом экспериментальном условии.

Обсуждение

ВРАЩЕНИЕ ПАЛЬЦЕВ ВО ВРЕМЯ ВИБРАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

В этом исследовании острое воздействие вибрации частотой 125 Гц с любой комбинацией величины ускорения и продолжительности вызывало снижение ФОС вибрирующего пальца, и это снижение было значительным по сравнению со значениями ФОС до воздействия.Быстрое снижение ФСК в вибрирующем пальце в начале вибрации, а также степень сужения пальцевых сосудов на протяжении различных периодов воздействия не зависели от величины невзвешенного виброускорения в диапазоне от 44 до 176 м/с ² СКЗ.

Немедленная реакция пальцевых сосудов на вибрацию была аналогична той, что была обнаружена в наших предыдущих экспериментальных исследованиях, где отдельно исследовались эффекты пальцевого кровообращения либо от величины ускорения, либо от продолжительности воздействия вибрации с частотой 125 Гц. 2
3 Было высказано предположение, что немедленная вазоконстрикция в обнаженном пальце опосредована индуцированным вибрацией нейрогенным рефлексом, в котором афферентная ветвь представлена ​​некоторыми механорецепторами, расположенными в тканях руки.7
8 Среди них подкожные тельца Пачини анатомически связаны с симпатическими нервными волокнами,15 и микронейрографические исследования показали, что они очень чувствительны к вибрационным стимулам в диапазоне частот 63-500 Гц.16 В этом исследовании снижение ФСК во время воздействия вибрация была также обнаружена в контралатеральном (невибрирующем) пальце.Этот вывод согласуется с результатами других экспериментальных исследований, которые обнаружили, что вибрация может вызывать сосудосуживающие эффекты в анатомических областях, удаленных от места приложения механического раздражителя. С помощью фотоэлектрического плетизмографического метода Фаркилля и Пююккё обнаружили, что односторонняя вибрация с частотами 60 и 100 Гц наиболее эффективно вызывала спазм сосудов в противоположных (не вибрирующих) руках профессиональных лесорубов, которые работали с цепными пилами. 8 Egan et al сообщили, что вибрация, создаваемая пневматическим долотом и воздействующая на правую руку здоровых мужчин-добровольцев, была связана со значительным двусторонним снижением кровотока в пальцах рук и ног и значительным увеличением частоты сердечных сокращений.17 При микронейрографической технике японские авторы обнаружили, что воздействие вибрации одной руки вызывает симпатическую активность либо срединного нерва контралатеральной верхней конечности, либо большеберцового нерва нижних конечностей.18
19. Повышенное выделение из симпатических нервных волокон вызвало значительное снижение кровотока в зонах иннервации.Результаты этих исследований, а также обнаружение того, что вызванная вибрацией вазоконстрикция пальцев устраняется блокадой пальцевого нерва,20 позволяют предположить, что центральный симпатический рефлекторный механизм может работать во время воздействия вибрации, передаваемой через руки. Вибрация может вызывать повышенную активность периферических механорецепторов пальцев и кистей рук, что приводит к чрезмерному симпатическому оттоку эфферентного нерва, вызывающему сужение сосудов пальцев. Тем не менее, результаты настоящего исследования, по-видимому, также предполагают возможное вмешательство других сосудосуживающих механизмов, возможно местного происхождения, во время вибрации, потому что снижение FBF в вибрируемом пальце было значительно сильнее, чем в контралатеральном (невибрирующем) пальце. Палец.

ВРАЩЕНИЕ ПАЛЬЦЕВ ПОСЛЕ ВИБРАЦИИ

Реакция пальцевого кровообращения на окончание воздействия вибрации характеризовалась быстрым увеличением ФСК, более выраженным в ипсилатеральном, чем в контралатеральном пальце. Патофизиологические механизмы, лежащие в основе этих немедленных циркуляторных эффектов после вибрации, до сих пор неясны. Исследователи предоставили несколько интерпретаций, таких как временное нарушение миогенных или нейрогенных вазорегуляторных функций в артериолах и артериях пальцев, высвобождение местных вазодилататорных факторов эндотелиального происхождения или уменьшение выброса вазоконстрикторов из симпатической нервной системы в сосуды пальцев. за счет устранения вызванной вибрацией гиперактивности афферентных механорецепторов пальцев и кистей.20-22

В этом исследовании острое воздействие различных комбинаций амплитуды и продолжительности вибрации, все с одинаковой величиной эквивалентной энергии ускорения, были связаны с различными паттернами восстановления ФОС как в вибрирующем, так и в невибрирующем пальце. Выявлено прогрессирующее снижение ФСК обоих пальцев во второй половине восстановительного периода после воздействия вибрации с величинами ускорений 44 м/с ² в течение 30 минут и 62 м/с ² в течение 15 минут.Значимых сосудосуживающих эффектов не было обнаружено ни в одном пальце после воздействия любого из других вибрационных раздражителей с большей амплитудой ускорения в течение более короткой продолжительности. Этот вывод согласуется с результатами нашего предыдущего исследования изменений кровообращения пальцев после различной продолжительности воздействия односторонней вибрации с частотой 125 Гц и постоянной величиной ускорения 87 м/с ² среднеквадратичного значения: было установлено, что тем больше продолжительность воздействия вибрации в диапазоне 7. 5–30 минут, тем сильнее сужение сосудов во время восстановления как в ипсилатеральном, так и в контралатеральном пальце. 2 Другие экспериментальные исследования предоставили доказательства существования вибрации после воздействия как в препаратах животных, так и в человеческом пальце. 23
24 В исследовании in vivo стимуляции бедренных артерий крыс вибрацией с частотой 50 Гц и смещением 0,3 мм Azuma et al обнаружили, что реакция артерий на норадреналин (норэпинефрин) увеличивалась с увеличением продолжительности вибрационной стимуляции. .23 Более того, гиперреактивность артерий к норадреналину сохранялась дольше после окончания вибрации, поскольку продолжительность применяемого стимула увеличивалась с 1 до 6 часов. Этот вывод аналогичен нынешнему обнаружению большей вибрации после воздействия после более длительного воздействия. Исследуя циркуляторные эффекты одностороннего 30-минутного воздействия вибрации, передающейся через руки, у здоровых мужчин, Олсен сообщил об усиленной сосудосуживающей реакции на холод в пальцах обеих рук через 60 минут после окончания вибрации. 24 Согласно этому автору, вибрация может вызвать либо гиперактивность центральной симпатической нервной системы, либо высвобождение циркулирующих вазопрессоров. Такие патофизиологические механизмы могут объяснить двустороннее появление пальцевых вазоконстрикторов после прекращения воздействия односторонней вибрации, как это было обнаружено в настоящем исследовании.

Считается, что как внутренние (локальные), так и внешние (нейральные или эндокринные) вазорегуляторные механизмы участвуют в патогенезе вызванных вибрацией вазоспастических расстройств пальцев.20
22 Была предложена доминирующая роль центрально опосредованных вазомоторных механизмов во время приступа синдрома Рейно. 22 Среди местных факторов возможная роль эндотелиальных факторов сокращения, таких как эндотелин-1, была доказана в экспериментальных и эпидемиологических исследованиях индуцированных вибрацией белый палец.25
26 Эндотелин-1 представляет собой сильнодействующий сосудосуживающий пептид длительного действия, уровень которого, как было установлено, увеличивается у операторов цепных пил после 5-минутного воздействия вибрации частотой 120 Гц с невзвешенным ускорением 50 м/с ² среднеквадратичных значений. 25 Как в артериях животных, так и в артериях человека эндотелин-1 может усиливать сокращения, вызванные либо вазоактивными гормонами, либо нейротрансмиттерами, высвобождаемыми из окончаний адренергических нервов. механизмы эндогенного (местные вазоактивные вещества) и экзогенного (симпатические адренергические нервы) происхождения.

ЗАВИСИМОСТЬ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ЭНЕРГИИ ОТ ВРЕМЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВИБРАЦИИ

Концепция энергетической эквивалентности подразумевает, что увеличение амплитуды вибрации может быть компенсировано сокращением продолжительности воздействия: фактически удвоение величины (а) потребует четырехкратного сокращения продолжительности (t), т. е. a ² t=постоянная.Это используется в различных стандартах для определения временной зависимости для ежедневных воздействий, чтобы рабочие подвергались более короткой продолжительности вибрации, если ее магнитуда высока.5
6

Наши нынешние и прошлые результаты показывают, что сужение сосудов, происходящее во время вибрации, не зависит от продолжительности воздействия (для продолжительности до 30 минут). 2 Хотя сужение сосудов во время воздействия зависит от величины вибрации,3 оно существенно не меняется с увеличением продолжительности воздействия, и поэтому его нельзя хорошо предсказать по временной зависимости энергетического эквивалента.Однако наши нынешние и прошлые результаты также показывают, что сужение сосудов, которое следует за воздействием вибрации, зависит от продолжительности воздействия, а также от частоты и величины вибрации. такая же вазоконстрикция после воздействия. Похоже, что продолжительность воздействия оказала большее влияние, чем предсказывает энергетическая эквивалентность, поэтому более длительные воздействия (с более низкими значениями вибрации) вызывали наибольшее сужение сосудов.Этот вывод был получен при вибрации с частотой 125 Гц при магнитудах от 44 до 176 м/с ² среднеквадратичных значений (5,5–22 м/с ² среднеквадратичных значений, взвешенных) и может быть неприменимым при более низких магнитудах.

При вибрации частотой 125 Гц в предыдущих исследованиях мы отдельно исследовали реакцию сосудов на различную продолжительность воздействия (7,5–30 минут при 87 м/с ² среднеквадратичного значения) и различную величину вибрации (5,5–62 м/с ² среднеквадратичное значение в течение 15 минут). 2
3 Хотя четырехкратное увеличение продолжительности в лучшем случае оказало незначительное влияние на ФОК во время воздействия, оно значительно уменьшило минимальное значение ФСК после воздействия (уменьшилось примерно с 75% до 25% ФСК до воздействия).2 Напротив, 11-кратное увеличение амплитуды вибрации примерно вдвое уменьшило минимальную ФОС во время воздействия, а также после воздействия. 3 Очевидно, что одно простое соотношение между длительностью и величиной вибрации не соответствует изменениям ФОС во время воздействия и после воздействия. Кажется, что величины вибрации может быть достаточно, чтобы приблизительно предсказать изменения FBF во время вибрации между 5,5 и 87 м/с ² среднеквадратичных значений. Изменения FBF после воздействия зависят как от величины, так и от продолжительности воздействия, но если есть пропорциональные изменения как продолжительности, так и величины, изменения продолжительности имеют больший эффект.Это противоречит зависимости энергии от времени, когда изменения величины имеют больший эффект, чем аналогичные процентные изменения продолжительности воздействия.

Наши исследования подтверждают, что сосудистые реакции на вибрацию, передаваемую через руки, сложны.2-4
9
12 Для прогнозирования серьезности профессионального воздействия вибрации необходимо знать последствия различных комбинаций продолжительности и величины воздействия. Для таких прогнозов требуется дальнейшее систематическое исследование отдельных и комбинированных эффектов этих и других переменных, например частоты и направления вибрации.

Благодарности

Это исследование было поддержано Европейской комиссией в рамках согласованного действия BIOMED 2 BMh5-CT98-3251 (Сеть вибрационных травм).

Низкочастотные колебания кровотока кожи пальцев рук в начальной стадии холодовой вазодилатации при различной температуре воздуха | Journal of Physiological Anthropology

Участники

Для экспериментов были набраны восемнадцать здоровых некурящих добровольцев (16 мужчин и 2 женщины в возрасте 18–25  лет).У них не было диагностировано никаких сердечно-сосудистых заболеваний, и они не принимали никаких лекарств. Все участники дали информированное согласие, и локальный комитет по этике Университета Кюсю одобрил исследование (h34-02, 685-00). Участники воздерживались от употребления алкоголя и тяжелых физических упражнений в течение 24 часов до исследования и избегали напитков, содержащих кофеин, в день экспериментов. Чтобы сравнить ответы CIVD при температуре воздуха 20 °C и 25 °C, участники носили ту же одежду, состоящую из футболок, шорт, носков и тапочек, при обеих температурах во время экспериментов, что и в предыдущем исследовании [28]. .Во время измерений лицо, предплечья, кисти, голени и икры оставались открытыми. Расчетное значение clo для этой одежды составило 0,27 [29].

Инструменты и протокол

В ходе экспериментов кровоток кожи пальцев рук измеряли с помощью лазерной допплеровской флоуметрии (LDF; FLO-C1, OMEGAWAVE, Япония). Датчик кровотока (тип ML, OMEGAWAVE, Япония) и термистор для измерения температуры (TSD202F, BIOPAC Systems, Inc., США) прикрепляли к вентральной стороне дистальной фаланги среднего пальца с помощью хирургической ленты. Диаметр и глубина проникновения зондов ЛДФ составляли 15 и 1,0 мм соответственно, а диаметр датчика температуры кожи — 9,8 мм. Для снижения риска проникновения воды между датчиками и кожей и влияния температуры среды на измерение ЛДФ датчики были покрыты изготовленным на заказ теплоизолятором. Термистор подключали к усилителю (SKT100C, BIOPAC Systems, Inc., США) и регистрировали кровоток и температуру кожи пальца на частоте 200 Гц с помощью программы сбора и анализа данных (MP150, BIOPAC Systems, Inc., США). Данные ЛДФ выражали в условных единицах (AU).

Комнатная температура была установлена ​​на 20 °C или 25 °C в зависимости от ситуации. Порядок экспериментов был случайным, и на каждом испытуемом проводилось по два опыта в разные дни. Во время экспериментов участники сидели на диване со спинкой. Они отдыхали не менее 30 минут перед сбором данных, чтобы подтвердить, что все параметры были стабильными перед началом экспериментов. Затем участники спокойно отдыхали в течение 10 минут для исходных данных, затем погружали средний палец до второй фаланги на 30 минут в изготовленную на заказ ванну с холодной водой при 5 °C, предназначенную для того, чтобы подвергать палец локальному охлаждению, без двигая пальцем. Затем они извлекали палец и снова отдыхали в течение 20 минут. Помимо кровотока и температуры кожи пальцев, до и после экспериментов измеряли подъязычную температуру (Tempa•DOT™, Medical Indicators, Inc., США). Участникам было предложено поместить датчик под язык как можно дальше назад и закрыть рот на 60 секунд, не говоря ни слова.

Раньше один палец, обычно указательный или средний палец, обычно погружали в холодную воду для исследования CIVD [14].Однако в самых последних протоколах использовалось полное погружение руки [16], так как ответ CIVD сильно различается по пальцам [30]. С другой стороны, разница в ответе эндотелиально-зависимой вазодилатации (EDV) между 29 и 22°C зависела от плотности AVA, а при 22°C ответ EDV был выше при высокой плотности AVA (пульпа пальца), тогда как ответ был одинаковым при низкой плотности АВА (кожа запястья) [27]. В данном исследовании мы также исследовали разницу кожного кровотока при температуре воздуха 20 °С и 25 °С, в связи с чем для локального охлаждения применяли только погружение среднего пальца.

Анализ данных

Полосы частот и связанные с ними физиологические функции: 0,005–0,01 (эндотелиальная NO-независимая активность), 0,01–0,02 (эндотелиальная NO-зависимая активность), 0,02–0,06 (нейрогенная активность) и 0,06–0,15 Гц. (миогенная активность) [19, 22, 24, 31]. В этом исследовании после понижения частоты дискретизации до 5 Гц с помощью программного обеспечения AcqKnowledge (BIOPAC Systems, Inc., США) материнский вейвлет Morlet использовался для выполнения вейвлет-анализа сигнала LDF с использованием программы Biomass (ELMEC Inc., Япония), чтобы выяснить, какой компонент преобладает в CIVD. Поскольку в предыдущей работе сообщалось, что для низкочастотного разрешения требуется как минимум 20 минут данных [20], мы использовали 60 минут данных для вейвлет-анализа. Амплитуды вейвлетов были представлены как отношение полной мощности между 0,005 и 0,15 Гц.

На рис. 1 показаны репрезентативные кровоток и температура кожи пальца в ответ на охлаждение пальца при температуре воздуха 20 °C (A) и 25 °C (B). Событие CIVD определяли как минимальное повышение температуры пальца после того, как кровоток сначала достиг минимума за счет локального охлаждения, а затем увеличился.Мы записали минимальный и максимальный кровоток и температуру пальцев, связанные с событием CIVD, и, в частности, коэффициент прироста кровотока при CIVD был определен как отношение максимального к исходному кровотоку. Ранее время начала CIVD определяли как время от погружения до минимальной температуры кожи (CIVD onset_sk) [11, 14, 17, 18]. Это определение разумно, но период от иммерсии до CIVD нельзя разделить только на две фазы, определяя вазоконстрикцию как фазу от погружения до минимальной температуры и CIVD как фазу от минимальной до максимальной температуры.В качестве альтернативы оценивались амплитуды вейвлета при максимальном и минимальном кровотоке, а минимальный кровоток рассматривался в событии, предшествующем CIVD [24]. Однако мы считаем, что в этом случае до CIVD преобладает вазоконстрикция из-за локального охлаждения. С другой стороны, в этом исследовании мы обнаружили, что кровоток не увеличивался линейно от минимального до максимального потока, а сначала увеличивался медленно и/или колебался, а затем начал быстро увеличиваться (рис. 1). Мы рассчитали максимальный и усредненный градиенты ( δ _max и δ _ave ) между двумя соседними данными от минимального до максимального кровотока.Минимальная температура, как правило, возникает перед максимальным кровотоком [24] (рис. 1), поэтому, чтобы отличить фазу, предшествовавшую ЦИВЗ, от вазоконстрикции, мы определили время, когда градиент составлял δ _мин )/2, после чего градиент не уменьшался до минимальной температуры, как начала события CIVD (CIVD onset_sbf), и мы определили фазы 1, 2 и 3 как периоды от от начала охлаждения до минимального кровотока (вазоконстрикция), от минимального кровотока до CIVD onset_sbf (до CIVD) и от CIVD onset_sbf до максимального кровотока (CIVD) соответственно (рис. 1). При обеих температурах воздуха температура снижалась при локальном охлаждении, а затем повышалась, что указывало на наличие события CIVD. Кроме того, перед событием CIVD происходили вазоконстрикция и вазодилатация, обозначенные белыми стрелками и наконечниками стрелок (рис. 1). Увеличение скорости кровотока было меньше вскоре после вазоконстрикции, чем до вазодилатации, и начало CIVD_sbf указано маленькими стрелками (рис. 1). Мы оценили среднюю амплитуду вейвлета на базовой линии до охлаждения и перед каждой фазой, и базовая линия и каждая фаза показаны на рис.1.

Рис. 1

Репрезентативный кровоток и температура в ответ на охлаждение пальца при температуре воздуха 20 °C ( a ) и 25 °C ( b ). Палец подвергали локальному охлаждению при 5 °С в течение 30 мин после 10 минутного отдыха. Первые максимальная и минимальная температуры обозначены черными стрелками и наконечниками стрелок соответственно, что указывает на наличие события CIVD. Первые максимальный и минимальный потоки крови обозначены белыми наконечниками и стрелками соответственно.Кроме того, время начала CIVD (CIVD onset_sbf) указано маленькими стрелками. Фаза 1 (вазоконстрикция; от начала охлаждения до минимального кровотока), фаза 2 (до CIVD; от минимального кровотока до CIVD onset_sbf) и фаза 3 (CIVD; от CIVD onset_sbf до максимального кровотока) обозначаются как ( 1–3) соответственно.

Анализ значимости различий в конкретных событиях (уровень: исходный, минимальный и максимальный) температуры кожи и кровотока при разных температурах воздуха выполняли с использованием двухфакторного дисперсионного анализа с повторными измерениями (двухфакторный RM ANOVA) .Анализ значимости различий фаз по кровотоку (уровень: исходный уровень, фазы 1–3) при разных температурах воздуха также выполняли с помощью двухфакторного RM ANOVA. При обнаружении существенных различий все комбинации анализировали с помощью апостериорных тестов множественного сравнения Тьюки-Крамера.