Глава первая. Общие понятия о механике регистрирующих приборов

Работа сердца сопровождается рядом явлений механического и электрического порядка в окружающих органах. Для суждения о деятельности сердца необходимо учитывать изменения в абсолютной величине производимой им работы и нарушения ее правильности.

В отношении прямого учета величины абсолютной работы сделано до настоящего времени очень мало. Нарушения правильности работы сердца изучены гораздо полнее и косвенно дают нам возможность судить о способности сердца справляться с поставленными ему механическими задачами и возможными нарушениями его функций.

Механическая работа сердца сопровождается механическими явлениями в сосудистом ложе — артериях и венах, — акустическими явлениями в самом сердце и периодическими изменениями электрического потенциала в сердечной мышце.

Для изучения всех этих явлений, по которым лил судим о состоянии и работе сердца, построены различные приборы, дающие возможность записать, зарегистрировать каждое из перечисленных явлений в отдельности.

Сначала остановимся на принципах регистрации механических явлений в сосудистом ложе.

Основной задачей каждого регистрирующего прибора, построенного для записи пульса, является восприятие и воспроизведение в форме некоторой кривой ряда явлений, происходящих в кровеносном сосуде. Благодаря инерции к воспринятым извне движениям примешиваются собственные движения участвующих в регистрации подвижных частей прибора. Как на пример такого искажения воспринятых движений, можно указать на искажение звуков при передаче их посредством телефона или граммофона. Кроме основных передаваемых тонов мы слышим еще ряд побочных, более высоких, появление которых зависит от собственных колебаний мембраны.

В большинстве случаев регистрирующие пульс приборы построены с применением рычагов, назначение которых состоит в том, чтобы, с одной стороны, воспринять движения кровеносного сосуда, с другой — воспроизвести их и увеличенном масштабе на движущейся бумажной ленте. В первых предложенных для этой цели приборах искажения кривой достигали такой степени, что на ней с трудом можно было лишь отметить время появления и время исчезновения пульсовой волны. Причины этих явлений общи для всех рычаговых приборов.

Движение всякого рычага происходит по типу движений маятника (О. Frank). Рассматривая рычаг регистрирующего прибора с этой точки зрения, нетрудно наметить те основные принципы, которым должен удовлетворять рычаговый прибор, и максимум тех требований, которые можно ему предъявить. Каждый данный маятник обладает собственным периодом качания. В общем величина этого периода (время) зависит от длины и массы маятника. Сообщив толчок, мы выводим маятник из состояния равновесия и заставляем его некоторое время качаться. Чтобы поддерживать эти качания в течение некоторого времени, мы должны сообщать ему новые толчки. Этим приемом, однако, можно поддерживать качания только в том случае, если сообщаемые маятнику толчки будут повторяться не чаще одного раза в течение одного полного периода качания. При большей частоте толчков маятник не будет воспринимать в их полном объеме, а при некоторой частоте может совсем не выйти из состояния покоя.

Если число получаемых маятником толчков будет соответствовать периоду его собственных колебаний, то он будет ненормально сильно реагировать на получаемые толчки. Амплитуда его колебаний будет очень большой и не будет соответствовать по величине силе, выведшей его из состояния покоя. В регистрирующих приборах это сказывается так называемым забрасыванием пишущего конца рычага.

Период колебаний, возникающих в кровеносном сосуде, лежит приблизительно в пределах от 0,1 до 0,02 секунды. Период собственных колебаний регистрирующего рычага должен быть, следовательно, соответственно меньше. Достигнуть уменьшения этого периода можно, или уменьшая массу рычага или уменьшая его длину. Однако практически мтим путем можно итти только до известного предела. При значительном укорочении пишущего плеча рычага амплитуда его колебаний будет настолько мала, что не даст возможности чтения полученной кривой.

Пульсирующий кровеносный сосуд сообщает воспринимающему рычагу толчки только в одном направлении. Для возвращения рычага к исходному положению служат различного рода пружины. Эластические свойства этих последних неизбежно должны сказываться на характере графики.

Наконец третьим искажающим моментом является трение движущихся частей прибора и особенно трение конца пишущего рычага о бумагу, которое в значительной мере превосходит трение всех остальных частей прибора. Абсолютная неличина этого явления трудно поддается учету и анализу, по в известных пределах трение является даже благоприятствующим моментом, так как способствует торможению — апериодизации системы, т. е. затуханию собственных колебаний.

Число ударов артериального пульса редко превосходит три в секунду; поэтому, казалось бы, пульс можно было бы регистрировать прибором, рычаги которого имеют сравнительно большой период собственных качаний. Дело усложняется тем, что на одну пульсовую волну падает целый ряд добавочных колебаний в кровеносном сосуде. Кроме того большинство последних приходится преимущественно на первый, сравнительно короткий систолический период, Уло-нмть и воспроизвести эти добавочные колебания может только рычаг, период собственных колебаний которого не больше 0,05—0,03 секунды.

В регистрирующем рычаге, как и во всяком другом, различают две части: короткое плечо, которое служит местом приложения силы, и длинное, — служащее воспроизводящей частью прибора. Между длиной этих плеч должно существовать соотношение, близкое 1:5. Таким образом ставится предел удлинению телесного рычага. Если превзойти это отношение, то слишком заметно начинают выступать явления инерции — рычаг не сразу начинает отвечать на получаемый толчок и не сразу прекращает свое движение, после того как перестала на него действовать сила, выведшая его из состояния покоя.

Стремясь улучшить механические свойства приборов, пришли к идее световой регистрации. Длинным плечом рычага в этом случае является световой луч, что до минимума сводит вес (массу) движущихся частей прибора и, следовательно, его инерцию и дает возможность достигнуть максимального углового увеличения амплитуды регистрируемых движений.

Короткое плечо рычага несет небольшое зеркало, роль длинного плеча исполняет световой луч, отражаемый зеркалом от какого-либо сильного источника света. Зайчик, образуемый лучом, отраженным от этого зеркала, попадает на движущуюся ленту фотографической бумаги, на которой и оставляет след. Казалось бы, что при таком методе можно достигнуть огромного углового увеличения воспринимаемых движений. Однако с увеличением длины светового пучка он теряет свою интенсивность, и, кроме того, уменьшается резкость даваемого им изображения. В механическом отношении все зеркальные приборы значительно превосходят рычаговые, но все же они не вполне свободны от инерции. Итак, основные требования, которым должен удовлетворять регистрирующий прибор, заключаются в возможно малой массе (весе) движущихся частей, правильном соотношении плеч рычага и возможно большом угловом увеличении.

В каждом регистрирующем приборе необходимо отличать две основные части — воспроизводящую, или собственно записывающую, и воспринимающую. В приборах, механически регистрирующих движения стенок кровеносных сосудов, воспринимающей частью чаще всего бывает небольшое пуговчатое утолщение, непосредственно укрепленное на коротком плече пишущего рычага. Оно носит название пелота и непосредственно упирается в кровеносный сосуд. Кроме искажающих форму записываемой кривой моментов, заключающихся в механических свойствах рычага и эластических свойствах соединенных с ним пружин, важным фактом является форма и масса самого пелота. Относительно массы здесь справедливо все то, что сказано по отношению к массе пишущего рычага. С другой стороны, чтобы воспринять пульсирующие колебания стенки сосуда, пелот должен упираться в нее с некоторой силой. В зависимости от формы нелота в сдавленном сосуде в большей или меньшей степени образуются ненормальные вихревые движения крови, могущие сильно исказить регистрируемую сфигмограмму. Эмпирически выработана наиболее удобная и рациональная форма пелотов, которые употребляются в современных сфигмографах. Подробнее об этом будет сказано ниже.

Чтобы избежать вредного влияния сдавливания пелотом кровеносного сосуда, в некоторых приборах принята система жидкостной или воздушной передачи движений. Передача через жидкость в клинике имеет очень ограниченный круг применений (онкография). Этот способ не приложим для передачи быстрых движений, так как столб жидкости обладает сравнительно большой массой и, следовательно, инерцией. При передаче через жидкость вследствие несжимаемости последней столб ее должен в целом претерпеть линейное смещение.

Воздушная передача лишена этого недостатка. Линейное смещение стенки кровоносного сосуда передается прилегающему воздушному столбу, превращаясь в волну сгущения или разрежения, подобную звуковой волне. Таким, образом линейные перемещения здесь трансформируются в объемные, которые в воспроизводящей части снова трансформируются в линейные. Эти волнообразные движения воздушного столба передаются по различного рода соединительным трубкам приблизительно со скоростью 280 метров в секунду, при внутреннем диаметре соединительных трубок в 4 миллиметра. Воспроизводящей частью прибора в условиях воздушной передачи служит мареевская капсула или ее модификации.

При передаче через воздух явления инерции отсутствуют вследствие чрезвычайно малой массы передающей среды и ее упругих свойств. По аналогии со звуковыми колебаниями при воздушной передаче можно ожидать возникновения стоячих волн, могущих служить источником искажения кривой. Для возникновения стоячих волн нужно, чтобы между воспринимающей и воспроизводящей частью прибора могло уложиться целое число полуволн. Принимая во внимание скорость распространения — 280 метров в секунду - и максимальную частоту передаваемых колебаний — 100 в секунду, — появления стоячих волн можно ожидать при длине трубки большей, чем 1¹/₂ метра. Но так как частота передаваемых колебаний редко превосходит 50, то длину соединительных трубок без опасения можно увеличить вдвое. На практике редко приходится пользоваться трубками длиной более одного метра.

Воспринимающей частью при воздушной передаче обычно служит воронка с открытым или затянутым резиной раструбом, накладываемая на пульсирующую область возможно герметически, но по возможности без сдавливания кровоносного сосуда.

Следующим легко устранимым вредным моментом являются эластические свойства резиновых соединнтельныхт трубок. В стенках последних при некоторой их толщине под влиянием движений воздушного столба могут возникнуть собственные эластические колебания. На регистрируемой кривой это может сказаться появлением ряда добавочных. искусственных волн. При трубке со стенками толщиной в 1 ¹/₂ миллиметра и толще никаких эластических колебаний не возникает. Следовательно для устранения этого источника ошибок достаточно пользоваться трубками с достаточно толстыми стенками.

При одновременной регистрации нескольких движений всегда необходимо при воздушной передаче пользоваться трубками одинаковой длины и одинакового диаметра, чтобы избежать искусственного запаздывания одного регистрируемого движения по сравуению с другим.