Almanac of Clinical MedicineAlmanac of Clinical MedicineАльманах клинической медицины2072-05052587-9294Moscow Regional Research and Clinical Institute (MONIKI)34410.18786/2072-0505-2016-44-2-249-259REVIEW ARTICLEОБЗОРFUNCTIONAL STUDIES ON BLOOD MICROCIRCULATION SYSTEM WITH LASER DOPPLER FLOWMETRY IN CLINICAL MEDICINE: PROBLEMS AND PROSPECTSФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ КРОВИ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ ДОПЛЕРОВСКОЙ ФЛОУМЕТРИИ В КЛИНИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫLapitanD. G.ЛапитанД. Г.
Russian Federation

Research Fellow, Laboratory of Medical and Physics Research

науч. сотр., лаборатория медико-физических исследований

lapitandenis@mail.ruRogatkinD. A.РогаткинД. А.
Russian Federation

PhD (in Engineering), Head of Laboratory of Medical and Physics Research

д-р техн. наук, заведующий лабораторией медико-физических исследований

lapitandenis@mail.ruMoscow Regional Research and Clinical Institute (MONIKI)ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»61/2 Shchepkina ul., Moscow, 129110, Russian Federation129110, г. Москва, ул. Щепкина, 61/2, Российская Федерация150320164422492592706201627062016Copyright ©; 2016, Lapitan D.G., Rogatkin D.A.Copyright ©; 2016, Лапитан Д.Г., Рогаткин Д.А.2016Lapitan D.G., Rogatkin D.A.Лапитан Д.Г., Рогаткин Д.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://almclinmed.ru/jour/article/view/344

The paper presents a  review of the research update on the blood microcirculation system assessed with laser Doppler flowmetry (LDF). Specific procedures for measurement of the microcirculation index by LDF and individual variability of microcirculation parameters during their real time assessment in vivo are discussed. In physiological conditions, a relative deviation of the results of measurements by LDF is within the range±35% and above from the mean value of the microcirculation index. This imposes certain limitations on the interpretation of the diagnostic results in terms of the “normal or pathologic”. Specifics of performance of functional stress tests on the microcirculation system are reviewed. Diagnostic criteria based on functional stress testing of the microcirculation system, which can be implemented with methodologically strict normatives and regulations, for examples, those for the occlusion test, are more reliable from metrologic perspective and significant compared to the results obtained without stress testing. Problems of implementation of the functional tests into clinical practice are discussed. It was shown that they may have a potentially wide spectrum of clinical indications, from functional diagnostics and early detection of microcirculatory abnormalities in diabetes mellitus, arterial hypertension and other diseases associated with microcirculatory disorders, to the physical rationale of exposure parameters, as well as objectification of efficiency of medical procedures aimed to stimulation of the microcirculatory functions in a patient's tissues and organs.

В статье представлен обзор современных данных по исследованию системы микроциркуляции крови методом лазерной доплеровской флоуметрии (ЛДФ). Рассмотрены особенности оценки показателя микроциркуляции методом ЛДФ, обсуждается индивидуальная вариабельность параметров микроциркуляции, измеряемых в  реальном масштабе времени in vivo. Относительный физиологический разброс результатов измерений в  ЛДФ находится в  диапазоне не менее ±35% от среднего измеренного значения показателя микроциркуляции. Это накладывает определенные ограничения на интерпретацию результатов диагностики в  терминах «норма/патология». Раскрываются особенности выполнения функциональных нагрузочных проб на систему микроциркуляции крови. Диагностические критерии по результатам функциональных проб на систему микроциркуляции крови, выполнение которых может быть методически строго нормировано и регламентировано, например, по результатам окклюзионного теста, являются более метрологически надежными и достоверными по сравнению с данными исследований параметров в фоновых тестах без нагрузок. Обсуждаются вопросы внедрения данных функциональных проб в клиническую практику. Показано, что спектр их применения в клинике может быть широк  – от функциональной диагностики и  раннего выявления нарушений микрогемодинамики при сахарном диабете, артериальной гипертонии и  других заболеваниях, ассоциированных с  нарушениями в  системе микроциркуляции крови, до физического обо- снования параметров воздействия и объективизации эффективности проведения тех или иных терапевтических процедур, направленных на стимулирование микроциркуляторных функций в тканях и органах пациента. 

blood microcirculation systemlaser Doppler flowmetryfunctional testsindex of blood microcirculationblood perfusionvariabilityсистема микроциркуляции кровилазерная доплеровская флоуметрияфункциональные пробыпоказатель микроциркуляцииперфузия кровивариабельность1. Wright CI, Kroner CI, Draijer R. Non-invasive methods and stimuli for evaluating the skin's microcirculation. J Pharmacol Toxicol Methods. 2006;54(1):1–25. doi: 10.1016/j. vascn.2005.09.004.2. Roustit M, Cracowski JL. Non-invasive assessment of skin microvascular function in humans: an insight into methods. Microcirculation. 2012;19(1):47–64. doi: 10.1111/j.1549- 8719.2011.00129.x.3.Gurfinkel Yu. Computer capillaroscopy as a channel of local visualization, noninvasive diagnostics, and screening of substances in circulating blood. Proc. SPIE; 4241. Saratov Fall Meeting 2000: Optical Technologies in Biophysics and Medicine II (May 4, 2001). p. 467. doi: 10.1117/12.431560.4.Allen J. Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement. Physiol Meas. 2007;28(3):R1–39.5. Крупаткин АИ, Сидоров ВВ, ред. Лазерная доплеровская флоуметрия микроциркуляции крови. М.: Медицина; 2005. 125 с.6. Рогаткин ДА. Физические основы оптической оксиметрии. Лекция. Медицинская физика. 2012;(2):97–114.7.Иваницкий ГP, Хижняк ЕП, Деев АА. Биофизические основы медицинского тепловидения. Биофизика. 2012;57(1):130–9.8. Бессонов АС, Колбас ЮЮ, Лапитан ДГ. Информационные технологии в разработке медицинского аппаратно-программного комплекса для функциональной диагностики системы микроциркуляции крови. Медицинская физика. 2011;(2):74–83.9. Kimura Y, Goma M, Onoe A, Higurashi E, Sawada R. Integrated laser Doppler blood flowmeter designed to enable waferlevel packaging. IEEE Trans Biomed Eng. 2010;57(8):2026–33. doi: 10.1109/ TBME.2010.2043842.10. Spigulis J, Erts R, Nikiforovs V, Kviesis-Kipge E. Wearable wireless photoplethysmography sensors. Proc. SPIE; 6991. Biophotonics: Photonic Solutions for Better Health Care (May 02, 2008). p. 69912O. doi: 10.1117/12.801966.11. Bonner RF, Nossal R. Model for laser Doppler measurements of blood flow in tissue. Appl Opt. 1981;20(12):2097–107. doi: 10.1364/ AO.20.002097.12. Крупаткин АИ, Сидоров ВВ. Функциональная диагностика состояния микроциркуляторно-тканевых систем: колебания, информация, нелинейность. Руководство для врачей. М.: ЛИБРОКОМ; 2013. 496 с.13.Чуян ЕН, Трибрат НС, Раваева МЮ, Ананченко МН. Активные механизмы регуляции процессов микроциркуляции: влияние низкоинтенсивного электромагнитного излучения миллиметрового диапазона. Физика живого. 2008;16(1):82–90.14. Swiontkowski MF. Laser Doppler Flowmetry – Development and Clinical Application. Iowa Orthop J. 1991;11:119–26.15.Agarwal SC, Allen J, Murray A, Purcell IF. Comparative reproducibility of dermal microvascular blood flow changes in response to acetylcholine iontophoresis, hyperthermia and reactive hyperaemia. Physiol Meas. 2010;31(1):1–11. doi: 10.1088/0967- 3334/31/1/001.16.Nilsson GE, Salerud EG, Stromberg NOT, Wardell K. Laser Doppler Perfusion Monitoring and Imaging. In: Vo-Dinh T, editor. Biomedical photonics handbook. Boca Raton, Florida: CRC Press; 2003. p. 15:1–24.17. Рогаткин ДА, Лапитан ДГ, Колбас ЮЮ, Шумский ВИ. Индивидуальная вариабельность параметров микроциркуляции крови и проблемы функциональной диагностики системы микроциркуляции. Функциональная диагностика. 2012;(4):24–9.18.Dunaev AV, Sidorov VV, Stewart NA, Sokolovski SG, Rafailov EU. Laser reflectance oximetry and Doppler flowmetry in assessment of complex physiological parameters of cutaneous blood microcirculation. Proc. SPIE; 8572. Advanced Biomedical and Clinical Diagnostic Systems XI (March 22, 2013). p. 857205. doi: 10.1117/12.2001797.19. Сидоров ВВ, Ронкин МА, Максименко ИМ, Щербанина ВЮ, Уколов ИА. Физические основы метода лазерной допплеровской флоуметрии и его применение в неврологической практике. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2003;(12):26–35.20. Рогаткин ДА, Дунаев АВ, Лапаева ЛГ. Метро- логическое обеспечение методов и приборов неинвазивной медицинской спектрофотометрии. Медицинская техника. 2010;(2):30–7.21. Rogatkin DA, Lapaeva LG, Bychenkov OA, Tereshchenko SG, Shumskii VI. Principal Sources of Errors in Noninvasive Medical Spectrophotometry. Part 1. Physicotechnical Sources and Factors of Errors. Measurement Techniques. 2013;56(2):201–10.22. Rogatkin D, Shumskiy V, Tereshenko S, Polyakov P. Laser-based non-invasive spectrophotometry – an overview of possible medical applications. Photonics & Lasers in Medicine. 2013;2(3):225–40. doi: 10.1515/plm-2013- 0010.23. Губа ГП. Неврологические симптомы, синдромы и функциональные пробы. Киев: Здоров'я; 1969. 300 с.24. Глазков АА, Куликов ДА, Древаль АВ, Ковалева ЮА, Шумский ВИ, Рогаткин ДА. Разработка способа диагностики нарушений микроциркуляции крови у больных сахарным диабетом методом лазерной доплеровской флоуметрии. Альманах клинической медицины. 2014;31:7–10.25.Лапитан ДГ, Рогаткин ДА, Свистушкин ВМ, Шевчик ЕА, Ратова АВ, Голубовский ГА. Медико-физические аспекты стимуляции микроциркуляции крови экзогенным NO при лечении заболеваний ЛОР-органов. Медицинская физика. 2012;(1):61–8.26. Рогаткин ДА, Макаров ДС, Быченков ОА, Щербаков МИ. Тепловизионный контроль процессов нагрева и микроциркуляции крови при проведении низкоинтенсивных лазерных терапевтических процедур. Оптический журнал. 2011;78(10):38–45.27. Рогаткин Д, Дунаев А. Стимуляция микро- циркуляции крови при низкоинтенсивной лазерной терапии. Часть 1. История вопроса и методы исследований. Врач. 2015;(7):18–23.28. Рогаткин Д, Дунаев А. Стимуляция микро- циркуляции крови при низкоинтенсивной лазерной терапии. Часть 2. Результаты и об- суждение. Врач. 2015;(8):16–23.29. Chung H, Dai T, Sharma SK, Huang YY, Carroll JD, Hamblin MR. The nuts and bolts of low-level laser (light) therapy. Ann Biomed Eng. 2012;40(2):516– 33. doi: 10.1007/s10439-011-0454-7.30. Рогаткин ДА, Быченков ОА, Поляков ПЮ. Не- инвазивная медицинская спектрофотометрия в современной радиологии: вопросы точности и информативности результатов измерений. Альманах клинической медицины. 2008;17(1):83–7.31. Franklin VL, Khan F, Kennedy G, Belch JJ, Greene SA. Intensive insulin therapy improves endothelial function and microvascular reactivity in young people with type 1 diabetes. Diabetologia. 2008;51(2):353–60.