Laser doppler flowmetry for human blood microcirculation assessment

Abstract

The prevention and treatment of various microcirculation disorders are one of the most important problems of medical practice. The difficulties of studying the microcirculation are related to the blood vessels small size and extensive branching within organ tissues. At present, various methods of microcirculation assessment using the laser Doppler flowmetry are applied in active clinical practice in our country. The review covers the main methods of laser Doppler flowmetry used for the diagnosis of various microcirculation disorders. The method is based on the determination of tissue blood perfusion by measuring the Doppler frequency shift while tissue is illuminated by a laser beam, followed by the registration of the reflected radiation from moving and stationary tissue components. Microcirculatory oscillation rhythm plays an important role, especially in early diagnosis of many diseases. The loss of certain types of oscillations at laser Doppler flowmetry is interpreted as «spectral narrowing» and serves as a diagnostic criterion for microcirculation deregulation, which is directly related to decreased blood perfusion and tissue hypotrophy. The use of amplitude-frequency analysis of blood flow oscillations can non-invasively evaluate the impact of the various components of microvascular tone, allowing to calculate an index of neurogenic and myogenic tone and bypass index. The amplitude-frequency analysis of the laser Doppler flowmetry spectrum uses normalized parameters determining the maximum amplitude of the blood flow oscillation in different bands, as well as their ratio - microcirculation effectiveness index. Hyperemic, spastic, spastic-atonic, structural and degenerative, congestive and stasic forms of various microcirculation disorders are marked out. Each of these microcirculatory disorders is characterized by a certain ratio of structural and functional changes and changes in blood velocity, as well as impaired barrier function. The main principles of the microcirculatory disorders are described.

Keywords

microcirculation / impaired microcirculation / laser Doppler flowmetry

References

[1] Аминова Г.Г. Морфологические основы регуляции кровотока в микроциркуляторном русле // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2003. - №4. - С. 80-84.

[2] Анютин Р.Г., Ивкина С.В., Апраксин М.А. Нормативные значения параметров микроциркуляции крови в слизистой оболочке полости носа и ротоглотки по данным лазерной допплеровской флоуметрии // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2008. - №3. - С. 23-27.

[3] Брискин Б.С., Эктов П.В., Клименко Ю.Ф. Лазерная допплеровская флоуметрия в диагностике обострений хронического панкреатита // Анн. хир. гепатол. - 2007. - №2. - С. 79-84.

[4] Горенков Р.В., Рогаткин Д.А., Карпов В.И. и др. Практическое руководство по применению прибора «Спектротест» в типовых задачах различных областей медицины. - М.: НПП «Циклон-тест», 2007. - 66 с.

[5] Кирилина Т.В., Красников Г.В., Танканаг А.В. и др. Пространственная синхронизация колебаний кровотока в системе микроциркуляции кожи человека // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2009. - №3. - С. 32-36.

[6] Козлов В.И., Соколов В.Г. Исследование колебаний кровотока в системе микроциркуляции. Материалы Второго Всероссийского симпозиума «Применение лазерной допплеровской флоуметрии в медицинской практике». - М., 1998. - С. 8-13.

[7] Козлов В.И. Гистофизиология системы микроциркуляции // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2003. - №3. - С. 79-85.

[8] Козлов В.И., Азизов Г.А., Ибрагим Р.Х. и др. Индивидуально-типологические особенности микроциркуляции у человека // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2005. - №1. - С. 77-78.

[9] Козлов В.И. Система микроциркуляции крови: клинико-морфологические аспекты изучения // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2006. - №1. - С. 84-101.

[10] Козлов В.И., Гурова О.А., Литвин Ф.Б. и др. Расстройства тканевого кровотока, их патогенез и классификация // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2007. - №1. - С. 75-76.

[11] Кречина Е.К., Козлов В.И., Маслова В.В. Микроциркуляция в тканях десны пародонта. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. - 80 с.

[12] Крупаткин А.И. Новые возможности оценки иннервации микрососудов кожи с помощью спектрального анализа колебаний микрогемодинамики // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2004. - №4. - С. 52-59.

[13] Крупаткин А.И., Сидоров В.В., Меркулов М.В. и др. Функциональная оценка периваскулярной инервации конечностей с помощью лазерной допплеровской флоуметрии: пособие для врачей. - М.: Медицина, 2004. - 26 с.

[14] Крупаткин А.И., Сидоров В.В. Лазерная допплеровская флоуметрия. - М.: Медицина, 2005. - 256 с.

[15] Крупаткин А.И., Сидоров В.В., Федорович А.А. и др. Колебательный контур регуляции числа функционирующих капилляров // Регионарн. кровообр. и мик­роцирк. - 2006. - №3. - С. 54-57.

[16] Крупаткин А.И. Лазерная допплеровская флоуметрия: международный опыт и распространённые ошибки // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2007. - №1. - С. 90-92.

[17] Крупаткин А.И. Динамический колебательный контур регуляции капиллярной гемодинамики // Физиол. человека. - 2007. - №5. - С. 95-103.

[18] Крупаткин А.И., Сидоров В.В., Баранов В.В. Колебательный контур регуляции линейной скорости капиллярного кровотока // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2007. - №3. - С. 52-58.

[19] Крупаткин А.И., Сидоров В.В., Кутепов И.А. Исследование информационных процессов в микрососудистых сетях с помощью вейвлет-анализа колебательных структур кровотока // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2009. - №3. - С. 21-31.

[20] Крупаткин А.И., Сидоров В.В., Кучерик А.О., Троицкий Д.П. Современные возможности анализа поведения микроциркуляции крови как нелинейной динамической системы // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2010. - №1. - С. 61-67.

[21] Морозов К.М., Гирина М.Б., Самуилова Д.Ш. и др. Некоторые аспекты патогенеза и расстройств микроциркуляции при развитии критической ишемии // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2007. - №1. - С. 107-110.

[22] Неймарк А.И., Кондратьева Ю.С., Неймарк Б.А. Лазерная допплеровская флоуметрия при заболеваниях мочеполовой системы. - М.: Практическая медицина, 2011. - 104 с.

[23] Подтаев С.Ю., Попов А.В., Морозов М.К., Фрик П.Г. Исследование микроциркуляции крови с помощью вейвлет-анализа колебаний температуры кожи // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2009. - №3. - С. 14-20.

[24] Поленов С.А. Основы микроциркуляции // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2008. - №1. - С. 5-19.

[25] Сабанцева Е.Г. Патофизиологическая характеристика расстройств микроциркуляции при воспалительно-деструктивных заболеваниях слизистой оболочки рта // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2006. - №1. - С. 30-36.

[26] Седов В.М., Смирнов Д.А. Микроциркуляторный кровоток к кишечной стенке при острой кишечной непроходимости // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2002. - №2. - С. 50-56.

[27] Селезнёв С.А., Назаренко Г.И., Зайцев В.С. Клинические аспекты микрогемоциркуляции. - Л.: Медицина, 1985. - 208 с.

[28] Тимербулатов В.М., Уразбахтин И.М., Фаязов Р.Р. и др. Применение лазерной допплеровской флоуметрии в эндоскопии и эндохирургии при неотложных заболеваниях органов брюшной полости. - М.: МЕДпресс-информ, 2006. - 112 с.

[29] Тихомирова И.А., Муравьёв А.В., Петроченко Е.П. и др. Оценка гемореологического статуса и состояния микроциркуляции здоровых лиц и пациентов с артериальной гипертонией // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2009. - №3. - С. 37-42.

[30] Федорович А.А. Функциональное состояние регуляторных механизмов микроциркуляторного кровотока в норме и при артериальной гипертензии по данным лазерной допплеровской флоуметрии // Регионарн. кровообр. и микроцирк. - 2010. - №1. - С. 49-60.

[31] Чернух А.М., Александров П.Н., Алексеев О.В. Мик­роциркуляция. - М.: Медицина, 1984. - 432 с.

[32] Bergstrand S., Lindberg L.G., Ek A.C. et al. Blood flow measurement at different depths using photoplethysmography and laser Doppler techniques // Skin. Res. Technol. - 2009. - Vol. 15. - P. 139-147.

[33] Choi C.M., Bennett R.G. Laser Dopplers to determine cutaneous blood flow // Dermatol. Surg. - 2003. - Vol. 29. - P. 272-280.

[34] Funk W., Intaglietta M. Spontaneous arteriolar vasomotion // Prog. Appl. Microcirc. - 1983. - Vol. 3. - P. 66-82.

[35] Hoff D.A., Gregersen H., Hatlebakk J.G. Mucosal blood flow measurements using laser Doppler perfusion monitoring // W. J. Gastroenterol. - 2009. - Vol. 15. - P. 198-203.

[36] Humeau A., Steenbergen W., Nilsson H., Stromberg T. Laser Doppler perfusion monitoring and imaging: novel approaches // Med. Biol. Eng. Comput. - 2007. - Vol. 45. - P. 421-435.

[37] Kastrup J., Bulow J., Lassen N.A. Vasomotion in human skin before and after local heating recorder with laser Doppler flowmetry // Int. J. Micricirc. - 1989. - Vol. 8. - P. 205-215.

[38] Oberg P.A. Tissue motion - a disturbance in the laser-Doppler blood flow signal // Technol. Health Care. - 1999. - Vol. 7. - P. 185-192.

[39] Rossi M., Ricco R., Carpi A. Spectral analysis of skin laser Doppler blood perfusion signal during cutaneous hyperemia in response to acetylcholine iontophoresis and ischemia in normal subjects // Clin. Hemorheol. Microcirc. - 2004. - Vol. 31. - P. 303-310.

[40] Sergueef N., Nelson K.E., Glonek T. The effect of light exercise upon blood flow velocity determined by laser-Doppler flowmetry // J. Med. Eng. Technol. - 2004. - Vol. 28. - P. 143-150.

RIGHTS & PERMISSIONS

Barhatov I.V.