Первое использование ЛДФ для оценки микроциркуляции крови датируется 1972 г., когда C. Riva и соавт. измерили перфузию сетчатки кролика [10, 11]. В медицинской практике метод впервые был применен в 1980-х гг. Так, в 1982 г. T. Tenland и соавт. проделали большую работу по адаптации метода для измерения кожной микроциркуляции крови [12], а M. Swiontkowski и соавт. в 1985 г. применили ЛДФ для измерения перфузии костного мозга [13].

Важной характеристикой метода, обусловливающей актуальность для использования в научных и диагностических целях, является его неинвазивность [8]. Принцип работы ЛДФ заключается в зондировании ткани лазерным излучением, регистрации отраженного сигнала и анализе происходящего допплеровского сдвига частоты излучения, рассеянного при взаимодействии с движущимися эритроцитами. Анализируемая глубина ткани составляет в среднем около 1 мм (для диапазона от зеленой до инфракрасной длины волны толщина зондируемого слоя может составлять от 0,5 до 2 мм). Этот слой может содержать в зависимости от типа ткани следующие звенья микроциркуляторного русла: артериолы, терминальные артериолы, капилляры, посткапиллярные венулы, венулы и артериоло-венулярные анастомозы [14].

Метод позволяет неинвазивно измерять микроциркуляцию в различных локализациях: кожа, слизистые оболочки. Анализируемый конечный параметр называют перфузией. Он измеряется в относительных или перфузионных единицах и прямо пропорционален количеству эритроцитов и их средней скорости. Самым простым способом исследования кровотока с помощью ЛДФ является регистрация базовой перфузии [14, 15]. Уровень перфузии регистрируется прибором в режиме «реального времени», после чего формируется график временной зависимости перфузии – ЛДФ-грамма. Рутинный анализ ЛДФ-граммы заключается в расчете среднего значения, среднеквадратического отклонения и коэффициента вариации перфузии за определенный период времени [16].

Микроциркуляторное русло – это сложно устроенная система, которая находится в состоянии постоянной регуляции, осуществляющейся путем вазомоций – непрерывных изменений сосудистого диаметра [14]. Использование Вейвлет-преобразования ЛДФ-граммы позволяет анализировать амплитудно-частотные характеристики данных вазомоций. Считается, что частоты колебаний сосудов лежат в определенных границах в зависимости от происхождения этих колебаний. Так, самыми низкочастотными считаются эндотелиальные колебания (0,0095–0,02 Гц), затем следуют нейрогенные (0,021–0,046 Гц), миогенные (0,047–0,145 Гц), дыхательные (0,2–0,4 Гц) и сердечные (0,8–1,6 Гц) [16, 17].

Наряду с измерением базового уровня перфузии для изучения кожной микроциркуляции крови с помощью ЛДФ применяются различные функциональные пробы. Они позволяют повысить информативность исследования за счет оценки дополнительного вовлечения регуляторных механизмов посредством внешних стимулов. Одной из самых часто используемых функциональных проб является окклюзионная проба [9, 18]. Смысл пробы заключается во временной окклюзии кровотока (с помощью нагнетания давления в манжете сфигмоманометра до супрасистолических значений) на верхней или нижней конечности с последующей регистрацией постокклюзионной реактивной гиперемии. Длительность окклюзии может составлять от 1 до 5 минут, величина нагнетаемого давления варьирует от уровня на 40 мм рт.ст. выше систолического до фиксированных значений в 300 мм рт.ст. [9, 19, 20]. Способы обработки результатов также могут различаться – исследователи анализируют максимальные, средние, относительные значения постокклюзионной гиперемии, рассчитывают площадь под графиком и др. [21, 22]. Несмотря на большое количество работ с применением данной пробы, сопоставление результатов исследований затруднено из-за отсутствия стандартизации измерений.

Другими часто применяемыми пробами являются температурная, дыхательная и фармакологическая. Методики их проведения значительно варьируют в различных исследованиях [8, 9, 23]. При измерении эндотелий-зависимой/независимой вазодилатации наиболее информативными являются фармакологические пробы. Как правило, эти пробы проводят с использованием ионофореза, в качестве фармакологических агентов применяют ацетилхолин, нитропруссид натрия и др. [24–27]. При использовании фармакологических проб на результат измерений влияют факторы, определяющие эффективность ионофореза: длительность процедуры, pH раствора и его концентрация, свойства растворителя, толщина кожных покровов, их электрическая сопротивляемость, плотность расположения сальных, потовых желез и интенсивность их активности, а также ряд других параметров [9, 25, 28].

Суммируя приведенные данные, стоит отметить, что такие преимущества ЛДФ, как неинвазивность, возможность количественной оценки состояния микроциркуляторной сети, возможность использования функциональных проб для определения различных регуляторных механизмов, сделали этот метод одним из самых распространенных способов оценки микроциркуляции [9, 29]. Значительная часть научных публикаций по теме ЛДФ связана с изучением микроциркуляции при СД, артериальной гипертензии, ожогах, а также состояниях, характеризующихся нарушениями реологии крови и гемостаза [30–33].

Несмотря на обилие работ в этой области, сравнение результатов отдельных исследований, а тем более внедрение этих результатов в клиническую практику осложняется рядом метрологических и методологических аспектов: отсутствием стандартизации проб, методик регистрации данных, конструктивными различиями приборов для измерения и др. [24, 34].

Среди нозологий, при которых сегодня практикуется использование ЛДФ в научных и/или клинических целях, СД выделяется множеством возможных точек приложения. Среди наиболее перспективных следует выделить изучение микроциркуляции в рамках ранней диагностики СД и его осложнений, уточнения риска развития осложнений, мониторинга эффективности лечения [35, 36, 37].

При этом, как было сказано выше, вопросы методологического, метрологического обеспечения подобных исследований зачастую являются уязвимым местом при попытке обобщить имеющиеся на сегодняшний день данные.

Противоречивые результаты сравнения базовой микроциркуляции у пациентов с СД и у условно здоровых добровольцев позволяют говорить о низкой информативности оценки базовой перфузии [33]. Некоторые авторы сообщают о снижении базового кровотока у пациентов с СД в сравнении с представителями контрольной группы [38], другие не находят значимых различий [39], третьи отмечают тенденцию к увеличению базового кровотока у пациентов с диабетом [40].

Большие надежды исследователи возлагают на изучение микроциркуляторных ритмов. Так, X. Tigno и соавт., 2011, в исследовании на макаках-резус с разными стадиями развития СД продемонстрировали, что хаотичность вазомоций снижается при прогрессировании СД [41]. Это можно объяснить нарушением гомеостатической функции микроциркуляторной сети и утратой возможности постоянного быстрого реагирования на изменения окружающей среды [42]. На экспериментальной модели инсулинорезистентности (крысы Wistar) J. Newmanи соавт., 1990, показали, что инсулин напрямую взаимодействует с рецепторами гладкомышечных клеток (в т.ч. сфинктеров) терминальных артериол, регулирующих кровоток через капиллярное русло. Инфузия инсулина приводила к увеличению 0,1-герцовых колебаний, которые относят к миогенному ритму [43].

Важно отметить то, что изменения вазомоций в коже могут наблюдаться у лиц с инсулинорезистентностью еще до манифестации СД 2 типа [44]. Это связано с нарушениями нейрогенного вазодилататорного механизма, реализуемого посредством ноцицептивных немиелинизированных С-волокон (поражение этих волокон также отражается в снижении вазодилататорной реакции на нагрев) [45]. Потенциально анализ таких ритмов может быть использован с целью выявления ранних проявлений полинейропатии [46]. ЛДФ показал информативность и в исследованиях кожной микроциркуляции у пациентов с СД 1 типа – применение метода позволило выявить снижение нейрогенных ритмов на предплечье по сравнению с контрольной группой [47].

К недостаткам анализа амплитудно-частотных характеристик микроциркуляторных ритмов можно отнести высокую чувствительность к изменениям условий эксперимента (температура в помещении, движения пациента), высокую длительность регистрации перфузии (30–40 минут), а также необходимость использования специализированного программного обеспечения для пострегистрационной обработки данных, что требует от оператора достаточно высокой квалификации [42].

Другим направлением использования метода ЛДФ является оценка эндотелиальной функции. С этой целью, как правило, применяют окклюзионную пробу [48, 49]. Нарушения функций эндотелия приводят к нарушению синтеза NO, что отражается в снижении постокклюзионной реактивной гиперемии, по степени выраженности которой исследователи судят об объемах резервов кровотока [21, 22]. Для оценки эндотелиальной функции у пациентов с СД могут применяться и другие виды функциональных воздействий: фармакологические и температурные пробы [50]. Дисфункция эндотелия в этих случаях также проявляется снижением вазодилататорной реакции на стимулы.

Температурные пробы позволяют задействовать максимальное число регуляторных механизмов. Было показано, что в формировании температурной вазодилатации участвуют как эндотелий, так и аксональные рефлексы [23]. Оценка с помощью одного вида воздействия сразу нескольких звеньев регуляции микроциркуляторной сети, на каждом из которых могут наблюдаться изменения, приводит к увеличению вероятности обнаружения статистически значимых отклонений микроциркуляции у пациентов с СД [50, 51].

Перспективным является использование ЛДФ в выявлении ранних нарушений микроциркуляции, сопровождающих развитие инсулинорезистентности и предшествующих развитию СД 2 типа [36, 37]. В исследованиях на экспериментальных животных было показано, что изменения микроциркуляторной сети в мышечной ткани могут приводить к формированию инсулинорезистентности [52]. J. Frisbee, 2007, в обзоре показал взаимосвязь между ожирением, инсулинорезистентностью и разрежением микроциркуляторного русла, биодоступностью оксида азота [53, 54]. При этом метод ЛДФ способен также выявлять микроциркуляторные изменения (по сравнению с контрольной группой) у людей с ожирением без СД [55].

Результаты множества научных исследований, проведенных с применением ЛДФ, позволяют говорить о том, что метод дает возможность выявлять характерные для больных СД изменения микроциркуляции, такие как нарушения эндотелиальной функции и нервной регуляции сосудистого тонуса в различных проявлениях. ЛДФ также продемонстрировала способность определять особенности микроциркуляции у лиц с ранними нарушениями углеводного обмена и высоким риском развития СД. При этом, несмотря на перспективные результаты исследований, неинвазивность и простоту использования, ЛДФ не получила распространения в практической медицине. В первую очередь это связано с низкой информативностью ЛДФ в обследовании конкретного больного: исследование микроциркуляции не помогает врачу в принятии клинического решения.

Одним из основных недостатков ЛДФ, не позволяющим делать выводы о состоянии микроциркуляции конкретного обследуемого и сдерживающим его распространение в клинической практике, является высокая вариабельность измеряемых параметров (и, как следствие, низкая воспроизводимость результатов) [9]. Вторая проблема заключается в небольшой величине различий, выявляемых между «нормой» и «патологией» при СД. Данное обстоятельство приводит к тому, что метод отлично работает при сравнении групп и проведении «научных» исследований, но практически бесполезен, когда нужно сделать вывод о состоянии микроциркуляции у пациента по единичному измерению. Можно отметить, что в ситуациях, когда эти отличия в силу патофизиологических/морфологических особенностей заболевания достаточно велики (ожоги, вибрационная болезнь), накоплен опыт применения ЛДФ в клинической практике [36, 37, 57].

Зачастую статистическая значимость (и мощность исследования) достигается не за счет увеличения величины различий, но за счет включения большего числа испытуемых в исследование. Рассмотрим гипотетический пример результатов научной работы, в которой проводили сравнение двух групп по 20 человек. Допустим, что в 1-й группе средний уровень перфузии составил 6,1±1 ПЕ, а во 2-й группе – 7,1±1 ПЕ. Значение p, рассчитанное с использованием двустороннего критерия Стьюдента, составляет 0,0032, что свидетельствует о значимости наблюдаемых различий. Если в группы включить по 30, 40, 50 человек, уровень статистической значимости вырастет еще сильнее. Но величина «p» не отражает практической значимости результатов такого исследования. Если посмотреть на функции распределения, построенные на основании этих выборок (рис. 1), то можно увидеть, что площадь их перекрытия слишком велика (более 60%) для того, чтобы использовать данные различия в диагностических целях.

Рис. 1. Смоделированные функции распределения для двух групп.

Похожая ситуация, к сожалению, наблюдается в большинстве публикуемых работ [56]. Существует два подхода уменьшения площади перекрытия данных распределений: снижение дисперсий (разброса) и увеличение различий (расстояния) между ними. Это может быть достигнуто при использовании следующих подходов:

Первый подход применяется в большинстве приведенных в данном обзоре исследований, однако, к сожалению, использования изолированных проб не всегда достаточно для достижения диагностической значимости. Кроме того, существенной проблемой, уже упомянутой нами ранее, является отсутствие стандартизованных методик проведения таких проб.

Второй подход позволяет увеличивать чувствительность метода. Например, H. Hsiu и соавт., 2014, в своем исследовании смогли выявить статистически значимые различия с помощью анализа энтропии [58]. Также можно привести пример нашей работы, где мы смогли повысить значимость различий, прибегнув к переводу микроциркуляции в «относительные» величины, оригинальных алгоритмов пострегистрационной обработки данных [59]. Комбинация данных подходов повышает диагностическую ценность ЛДФ, что в будущем, возможно, позволит перейти от «чисто научного» использования метода к его практическому применению в клинике для диагностики нарушений у конкретного пациента.

Возможность проведения неинвазивной количественной оценки состояния микроциркуляторного кровотока в реальном времени и относительная простота использования объясняют высокую популярность ЛДФ в научных исследованиях и делают этот метод перспективным для применения в клинической практике. ЛДФ демонстрирует эффективность в выявлении микроциркуляторных изменений у больных СД: была показана информативность метода в изучении эндотелиальной дисфункции, нейропатии, ранних нарушений микроциркуляции, связанных с инсулинорезистентностью, оценке эффективности проводимого лечения и др.

К сожалению, на настоящий момент использование ЛДФ ограничено научными исследованиями. Внедрение метода в клинику сдерживается рядом методологических и метрологических факторов: большой вариабельностью измеряемых параметров, отсутствием стандартизованных алгоритмов проведения проб и пострегистрационной обработки данных.

Для распространения ЛДФ в практической медицине важно, чтобы проведение исследования давало врачу информацию, полезную для принятия клинического решения. Исследователям необходимо не только анализировать групповую статистику, но и переходить к анализу клинической информации о течении и исходе заболевания, разрабатывать диагностические модели для применения на конкретном больном. Достигнуть этого позволят применение патофизиологически обоснованных функциональных воздействий (в том числе комбинированных), стандартизация методик измерений, внедрение различных математических алгоритмов пострегистрационной обработки данных и др.

Финансирование работы

Источник финансирования – ГБУЗ МО МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского.

Конфликт интересов

Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Информация о вкладе авторов

Куликов Д.А. – составление плана обзора, анализ литературы, написание текста обзора (введение, раздел «Применение ЛДФ для оценки микроциркуляции у пациентов с СД»); Глазков А.А. – поиск и анализ литературы, написание текста обзора (раздел «Метод лазерной допплеровской флоуметрии»); Ковалева Ю.А. – анализ данных о клиническом применении метода, написание текста обзора (раздел «Применение ЛДФ для оценки микроциркуляции у пациентов с СД»); Балашова Н.В. – написание текста обзора (введение), составление списка литературы; Куликов А.В. – редактирование и общие правки текста обзора