Методология флоуметрии, 1998 г. стр.119-134.

Ультразвуковая флоуметрия объемного кровотока наружной срамной артерии у коров в различные стадии лактации

А.В. Лысов, Л.А. Заболотнов, Д.Е. Панюшкин.

Лаборатория межсуточного обмена веществ ВНИИ физиологии, биохимии и питания с/х животных РАСХН

Работа посвящена исследованиям изменения объемного кровотока молочной железы у коров в связи с уровнем продуктивности и физиологическим состоянием. По данным непрерывных измерений изучены суточные параметры кровотока молочной железы у лактирующих коров и в период запуска. Установлено резкое снижение кровотока молочной железы у коров в период запуска, которое обуславливает пониженный уровень доставки метаболитов к молочной железе и тем самым ограничивает синтез молока.

Современный прогресс изучения физиологии и биохимии сельскохозяйственных животных связанный с повышением их продуктивности невозможен без исследования кровотока, обеспечивающего необходимый поток метаболитов. В последнее время появление ультразвуковой флоуметрии дало новый импульс исследованиям в этом направлении.

Первые попытки исследования объемного кровотока в невскрытых сосудах имеют более чем полувековую историю и относятся к 20-м годам нашего столетия. Впервые метод регистрации объемного кровотока был предложен Rein [6].

В дальнейшем его идеи получили развитие у многих авторов и было предложено значительное количество методов определения объемного кровотока от индикаторного (с Синькой Эванса) до электромагнитной флоуметрии. Однако все эти методы имели существенные недостатки.

Так, в частности, электромагнитный расходомер крови РКЭ-2, предназначен для измерения среднего значения объемного расхода крови в магистралях аппаратов искусственного кровообращения, и в невскрытых сосудах живых организмов. Кроме того, с помощью расходомера можно было производить качественную оценку мгновенных значений объемного расхода крови. Конструкция расходомера была предусмотрена для эксплуатации в клинических лабораториях при температуре окружающей среды в интервале от +10 до +35^o C и относительной влажности до 80% при температуре 25^o C. Датчики расходомера можно было использовать в условиях воздействия крови или физиологического раствора с температурой не более 39^o C.

В основе принципа действия расходомера лежит закон электромагнитной индукции Фарадея. При постоянстве магнитного поля и известном диаметре сосуда наводящаяся на электродах ЭДС (электродвижущая сила) определяет скорость кровотока, а следовательно, количество и среднее значение объемного расхода крови.

Основным недостатком электромагнитной флоуметрии, кроме довольно сложной процедуры тестирования датчика, является и подбор его размеров. Для получения более точных данных необходим хороший контакт между электродами и стенкой сосуда. Для исследований рекомендовалось подбирать размеры датчика на 5-7% меньше диаметра артерии и на 20% меньше диаметра вены, что, учитывая разницу между отдельными животными, создает дополнительные сложности и требует подготовки ряда датчиков различных размеров. Если датчик неплотно охватывал сосуд, то возникали дополнительные шумы, мешающие регистрации основных сигналов. В то же время датчик не должен был слишком суживать сосуд, так как это могло вызвать уменьшение кровотока и получение искаженных данных. Так же особое внимание следовало обращать на то, чтобы электроды датчика были расположены к сосуду под прямым углом.

В начале шестидесятых годов были созданы специальные приборы, позволяющие непрерывно регистрировать скорость кровотока в невскрытых сосудах и основанные не на ЭДС. В 1961 г Franklin et а1 [4] описали ультразвуковой флоуметр, основанный на принципе Доплера. Ультразвуковой флоуметр регистрирует скорость кровотока по принципу улавливания и усиления сдвига частот ультразвука, который возникает при прохождении его через движущуюся кровь. В более ранних моделях прибор не определял направление кровотока, прямой и обратный ток крови регистрировался как положительное отклонение от нулевой линии, в дальнейших разработках это было учтено.

Целью нашей работы было измерение объемного кровотока вымени коров в связи с продуктивностью и получение данных объемного кровотока вымени коров во время сухостойного периода, что позволило бы определить долю кровотока необходимую собственно для поддержания обменных процессов в вымени.

Материалы и методы.

Для имплантации ультразвуковых датчиков объемного кровотока использовали коров (n=6) находящихся в период первой половины лактации, запуска и сухостое. В своих исследованиях мы использовали двухканальный ультразвуковой флоуметр фирмы Transonic Systems Inc. НТ 207, который состоит из двух полных НТ 107 флоуметров, смонтированных в одном корпусе, с синхронизацией обоих ультразвуковых каналов. Прибор способен регистрировать поток жидкости в пределах от 0,05 мл/мин до 200л/мин. Датчик для измерения объемного кровотока состоит из контактной измерительной головки, содержащей приемный и излучающий пьезопреобразователи, размещенные с одной стороны сосуда или трубки, и акустического отражателя, закрепленного с противоположной стороны на одинаковом расстоянии от обоих преобразователей. Положительным качеством является то, что нет необходимости вычислять величину поперечного сечения сосуда, как это делается в электромагнитных или доплеровских системах, измеряющих скорость перпендикулярно хорде или в точке сосуда. В системах Transonic широкий ультразвуковой пучок полностью пронизывает акустическое окно датчика, включая все внутреннее поперечное сечение сосуда. Разница между измеренным временем прохождения ультразвука в прямом и обратном направлениях дает сигнал, пропорциональный объемному расходу, независимо от размеров [2].

Молочная железа (uber) у крупного рогатого скота расположена в лонной области и состоит из двух пар железистых долей, каждая из которых вентрально заканчивается соском. Поверхностная фасция вымени является продолжением поверхностной фасции туловища, а глубокая фасция - отрогом желтой брюшной фасции. Глубокая фасция служит поддерживающей связкой вымени и образует его перегородку, проникая между обеими половинами тела железы. Кровоснабжение вымени осуществляется главным образом наружной срамной артерией (a. pudenda externa). По выходе из пахового канала она отдает переднюю и заднюю артерии основания вымени и переходит в молочную артерию. Основной источник иннервации - срамной нерв (n. pudendus) [3].

Имплантация ультразвукового датчика объемного кровотока осуществлялась следующим образом.

Животное фиксировалось на правом боку, предварительно все животные были прооперированы по поводу наложения фистул на рубец и двенадцатиперстную кишку, а так же "лодочки" на наружную сонную артерию (a. carotis externa) для последующего прижизненного получения артериальной крови.

После примедикации внутривенно через катетер яремной вены (v. jugularis externa) при помощи капельницы инъецировали этиловый спирт с глюкозой и хлоридом натрия по общепринятой прописи [1].

Для доступа к операционному полю задняя левая конечность отводилась максимально наверх и вперед и фиксировалась на специальном кронштейне. Операционное поле обрабатывалось согласно общепринятой методике. Местную анестезию проводили 0,5% раствором новокаина методом послойного ползучего инфильтрата по Вишневскому. После местной анестезии производили рассечение кожи и подлежащих слоев скальпелем. Разрез делали на бедре на два сантиметра выше вымени, в этом случае шов не попадает на кожную складку, образуемую переходом к вымени, и обеспечивает лучшее заживление и свободный доступ для постоперационной обработки. Обнажив поверхностную фасцию вымени и не нарушая ее препарируем тупым способом ткани дорзально вдоль брюшной стенки контролируя продвижение пальцем до нервно - сосудистого пучка. Нервно - сосудистый пучок определяют по пульсации наружной срамной артерии. Следующий этап требует особой осторожности - препарируя наружную срамную артерию необходимо следить за тем чтобы не повредить сопровождающую ее вену и не нарушить целостность стенок самой артерии. Срамная артерия в зависимости от физиологического состояния животного (стадии лактации) и индивидуальных особенностей имеет диаметр 10-25 мм, и представляет собой блестящий, белый, упругий жгут с ясно обнаруживаемой пульсацией. Артерия тщательно препарируется от соединительной и жировой ткани. Следующим этапом является имплантация датчика, который устанавливается на артерии, после чего укрепляется боковая пластина акустического отражателя, а сам датчик обвертывается силиконовой манжетой поставляемой в комплекте с датчиком (Рис. 1.). Кабель датчика направляется к голове животного. Некоторые авторы рекомендуют выводить кабель датчика в области промежности [7]. Мы же в своих экспериментах выводили кабель на левую сторону брюшной стенки чуть ниже голодной ямки. Это место более удачно для работы с датчиком так как оно в меньшей степени загрязняется, доступно как для постоперационной обработки, подключению регистрирующего флоуметра, так и для постоянного контроля состояния выходного коннектора и окружающих его тканей, тем более, что длинна кабеля - 1м позволяет осуществить эту операцию (Рис. 2). Для выведения кабеля на поверхность левой брюшной стенки нами был разработан специальное приспособление, состоящее из металлического трокара и полиэтиленового кожуха.

Рисунок 1. Имплантация ультразвукового датчика объемного кровотока на наружную срамную артерию (a. pudenda externa).

1. Ультразвуковой датчик объемного кровотока.
2. Силиконовая манжета датчика.
3. Соединительный кабель.
4. Закрепляющие лигатуры.

Рисунок 2. Коннектор ультразвукового датчика объемного кровотока.

Результаты исследования

Измерение объемного кровотока молочной железы проводили на коровах находящихся в первой половине лактации, период запуска и во время сухостоя. Измерения проводили в течение 24 часов двукратно. Ультразвуковой флоуметр оснастили самописцем TZ-2004 совместимым с прибором регистрация кровотока и использовали постоянно на протяжении всего измерения. Поза и поведение животного не оказывало влияния на качество измерений.

Кровоток молочной железы один из главных показателей при количественном учете поглощения метаболитов из крови.

Круглосуточные измерения кровотока молочной железы у коров представлены в таблице 1.

Таблица 1. Суточный кровоток молочной железы у лактирующих коров в первой половине лактации, л/мин

При анализе данных представленных в таблице видно, скорость кровотока подвергается суточным изменениям. Скорость объемного кровотока возрастает после каждого кормления. Повышение продуктивности на 4,2 литра привело к значительному увеличению скорости объемного кровотока по наружной срамной артерии. Причем данный прирост составил от 10 до 48% по отдельно взятым часам. Не смотря на значительное увеличение объемного кровоток, количество притекающей к вымени крови на 1 литр продуцируемого молока не только не изменился, но и обнаружил тенденцию в сторону снижения и составило 855,5 л при удое 13,6 литров в сутки, а при удое 17,8 литров лишь 848,5л. Это, скорее всего можно объяснить тем, что в во время пика лактации просвет сосудов приносящих кровь к вымени не может больше изменяться в сторону увеличения и скорость кровотока увеличивается только за счет изменения минутного объема сердца. Кроме того, именно максимальный просвет сосудов является ограничивающим фактором максимальной продуктивности у животных при полноценном кормлении.

Исследуя объемный кровоток у животных, находящихся в стадии запуска и сухостоя было установлено следующее (График 1.).

График 1. cуточная динамика артериального кровотока молочной железы у коров в конце лактации и в период сухостоя

Кровоток молочной железы так же увеличивался после каждого кормления, что судя по всему связано с увеличением минутного объема сердца. При суточном удое у коров находящихся в стадии запуска 5 литров на каждый литр секретируемого молока к молочной железе притекало 601.8 литров крови, а при снижении суточного удоя до 3.7 литров в сутки на каждый литр молока притекало только 452 литра крови. Во время сухостоя, как видно из графика кровоток вымени снижается по сравнению с продуктивностью 5л в сутки в 8, 10 и более раз.

В последние годы появилось значительное количество работ по определению кровотока молочной железы у коров с помощью ультразвуковых флоуметров. Однако все они связаны с кратковременными измерениями кровотока при воздействии определенных факторов на организм животного - доение, введение гормонов и т.п. [5]. В то же время возникла необходимость тотального измерения кровотока вымени у коров в связи с различным физиологическим состоянием и продуктивностью.

Данные по кровотоку молочной железы будут использованы при формировании модели описывающей количественные характеристики субстратного питания молочной железы у коров.

Литература

1. И.И.Магда Оперативная хирургия. Москва., С.48-50, 1990.
2. Е.Н.Рябцева Флоуметры фирмы " Transonic Systems Inc.". Методология флоуметрии. (Сборник статей) Transonic., Москва, с.5 -II, 1997.
3. Н.В.Садовский Топографическая анатомия домашних животных. Москва., С.175-176,1960.
4. D.Franklin, W.Schleger, N.Watson Ultrasonic doppler shift blood flowmeter: circuity and practical applications. Biomed. Sci. Instrum., V.I, p. 309-315,1961.
5. R.C.Gorewit, M.C.Aromando, D.G.Bristol, Measuring bovine mammary gland blood flou using a transit time ultrasonic flow probe. USA, Comell Univ. lthaca, NY 14853..J. Dairy Science.vol., 72. N - 7, 1989.
6. H.Rein Thermo-Stromuhr. Ein Verfahren zur fortiaufenden Messung der mittleren absoluten Durchflussmengen inuneroffneten Gefassen in situ. Z. Bijijgy, Bd 87, S. 394-418, 1928.
7. W.R.Xant The metod has been elaborated to implant supersonic indicator for a. pudenda externa in experiments on cows. Ann. Vase. Surg., 1996, Vol. 14, N 7, pp. 487-495.

A.V.Lysov, L.A.Zabolotnov, D.E.Panyshkin

All-russian research institute of phisiology, biochemistry and nutrition of farm animals.
Kaluga Region, Borovsk

The method has been elaborated to implant supersonic indicator T201 produced by Transonic Systems Inc. for a pudenda externa in experiments on dry cows at a start-up stage. At measuring a volume blood flow of mammary gland it has been established that at daily milk yield of 5 l per every liter of secreting milk 601.8 liters of blood enter mammary gland. In case of decresed daily milk yield being 3.7 l/d per every milking liter 452 liters of blood run only.