微循环图谱监测仪生理学简述

1、微循环图谱监测仪生理学简述摘要： 在人体血液循环系统中微循环是输送O2和营养物质给组织细胞并运走CO2和代谢产物的最终环节，也是最重要的环节，因此微循环的灌注对于细胞代谢非常重要，微循环灌注障碍将引起严重的代谢障碍，严重情况将引起各组织器官的衰竭并导致死亡。但目前对于微循环灌注的直接可视化以及定量化监测手段极为有限，特别是对危重病人如何在床旁快速简单地监测微循环状况、如何早期发现休克（微循环衰竭）对于提高危重病人的生存率极为关键。为了实现对危重病人无创实时监测人体微循环的功能，提高微循环图像成像质量，探索开发了一种新的微循环图谱监测仪器。主要采用了偏光成像的光学原理，以及图像生成和处理方法，建

2、立新型有效的监测机制及装置。在基础样机研制过程中，利用基于该原理的偏光图谱试验, 得到了对比度比较清晰的微循环图像。希望完成详细设计，实现对定型样机的验收。关键词: 图谱，偏光，微循环，休克一、 微循环的重要性：为了理解微循环的重要性，结合以下人体血液循环图，简单说明回顾一下人体利用O2的全过程：人体利用O2需要以下三大过程：1. 肺部换气（外呼吸）： 外界和肺泡之间气体的吸入和呼出2. 血液循环：1) 肺内气体交换-氧合（肺泡毛细血管）： 血液和肺泡之间O2和CO2在肺泡毛细血管内外的交换扩散：静脉血->动脉血2) 血液循环主干道（心脏、动脉和静脉） 心脏做为泵动力将动脉血(O2)带到

3、身体各组织，将静脉血(CO2)带回肺泡毛细血管3) 微循环（各组织中的微动脉、毛细血管、微静脉）:血液中的O2和CO2（以及其他物质）与组织细胞之间的交换扩散：动脉血->静脉血3. 组织氧合（细胞内呼吸）： 细胞线粒体利用O2酵解葡萄糖（三羧酸循环），产生ATP、CO2、H2O等；无氧糖酵解将产生乳酸和少量ATP。细胞是人体构成的最小单元，人体代谢最根本上是细胞的代谢，微循环是输送O2和营养物质给组织细胞并运走CO2和代谢产物的最终环节，也是最重要的环节，因此微循环的灌注对于细胞代谢非常重要，微循环灌注障碍（休克）将引起严重的代谢障碍，严重情况将引起各组织器官的衰竭并导致死亡。关于休克(

4、Shock)：根据文献，休克的定义为各种强烈致病因素作用于机体，使其循环功能急剧减退，组织微循环灌流严重不足，以致重要生命器官机能，代谢严重障碍的全身性危重病理过程。（吴伟康主编：病理生理学（2003年3月）第一版）休克是一种急性的综合征。在这种状态下，全身有效血流量减少，微循环出现障碍，导致重要的生命器官缺血缺氧。即是身体器官需氧量与得氧量失调。休克不但在战场上，同时也是内外妇儿科常见的急性危重病症。1960年代，Lillehei提出，休克的关键环节是微循环衰竭。从微循环和线粒体角度，最新的病理生理定义是：Microcirculatory and Mitochondrial Distress

5、 Syndrome (MMDS) 微循环和线粒体窘迫综合征：由于微循环障碍导致局部组织氧供应水平降低至不能维持正常线粒体内呼吸，线粒体功能被抑制并受损，这是脓毒血症(Sepsis)和休克的内在原因。这时虽然全身性的血流动力学和氧输送可能是正常的，但局部组织的氧障碍(Dysoxia)和缺氧仍然持续存在。二、 微循环的监测手段：虽然微循环具有如此重要的作用，但目前对于微循环灌注的直接可视化以及定量化监测手段极为有限，特别是对危重病人如何在床旁快速简单地监测微循环状况、如何早期发现休克（微循环衰竭）对于提高危重病人的生存率极为关键。由于组织细胞无氧糖酵解将产生乳酸，血乳酸监测可以对休克和组织缺氧情况

6、进行间接监测，但血乳酸堆积升高一般发生在微循环灌注不足和组织缺氧之后，这时一般已经进入了休克中期（休克进展期期，微循环瘀血缺氧期，可逆性失代偿期）。由于血乳酸主要通过肝脏代谢，这时还需要了解肝脏的代谢情况才能确定血乳酸堆积升高是否是由于组织缺氧引起的。另外还需要结合动脉血气等指标才能确定是组织灌注不足还是氧输送不足。因此，间接性的血乳酸监测无法在休克早期（休克代偿期期，微循环缺血缺氧期）及时监测到微循环灌注不足，并且需要结合其他各种指标才能够确定微循环障碍。同时，血乳酸监测只能反映整体组织缺氧的情况，不能反映各个局部组织缺氧的具体情况。从整体组织氧摄取的角度，SvO2和ScvO2也可以间接反映

7、组织细胞的氧合情况，但也只能反映整体组织微循环的氧合情况，不能反映各个局部组织氧合的具体情况，而且SvO2和ScvO2是有创的监测方式。胃张力和胃PCO2测量也是监测组织氧合非常好的手段，但测量方法(经食道)的不方便性和高昂的耗材成本不能被临床所接受。传统的显微镜微循环检测仪，主要用于人体甲襞微循环检查，对于心脑血管病、高血压、中风、糖尿病、风湿性关节炎等疾病发生微循环改变的早期诊断、病情预报、疗效判断和预后估计等方面有一定意义，但对于危重病人的床旁实时监测无法实现。我们正在研发的偏光微循环图谱仪，通过最新的光学原理和复杂的光学设计，并结合现代图像处理和工业设计技术，可以在床旁以无创方式直接实时监测人体舌下（或其他毛细血管丰富的部位）的微循环血流状况，并可以排除各种光学干扰，直接可视化观测到人体局部部位微循环血流变化以及形态学的真实情况，包括静态图像和视频，并可测量和计算