Фотоплетизмограмма (ФПГ)

«Фотоплетизмограмма – метод регистрации оптической плотности ткани» (Б.М.Э. 1985, т.26ст.408).

Название данной методики происходит от греческих слов phos – свет и plethysmos – увеличение. Она осуществляется прибором – плетизмографом, состоящим из излучателя светового потока, просвечивающего биоткань, и приемника, регистрирующего плотность светового потока, через нее прошедшего. Регистрируются световые сигналы, как отраженные от биоткани, так и просвечивающие ее. В классическом понимании - это метод регистрация изменения объемов отдельных частей тела. Плетизмография в качестве метода стала использоваться в исследованиях еще в начале XVII века, но широкое применение нашла лишь к концу XIX века, благодаря работам А. Моссо (1887, 1893 г.) и А. Фика (1969 г.). Тогда же была сделана первая попытка использования данного метода для детекции лжи.

В состоянии сильного эмоционального напряжения изменяются количество крови, поступающие в сосуды при каждом сердечном сокращении, величина просветов и эластичность сосудов, и ряд других показателей. Следовательно, эта методика дает возможность выявить целый комплекс изменений в организме, вызванных эмоциональным напряжением, и может служить надежным индикатором его величины при проведении полиграфных проверок.

Фотоплетизмограмма – это интегральный показатель, отражающий состояние организма в целом. При анализе показателей фотоплетизмограммы пульс называют «объемным». Он характеризуется не только частотой, но и количеством крови в кубических миллилитрах, протекающий через участок измерения.

В полиграфных проверках датчик ФПГ чаще всего закрепляется на пальце испытуемого, и, таким образом, фиксируются колебания объема пальца в месте наложения. Объем пальца изменяется в зависимости от количества крови, протекающей через кровеносные сосуды. Теоретически, чем больше крови будет введено в кровеносное русло в момент сокращения сердца, тем больше кровоток. Реально этот процесс выглядит значительно сложнее. На поток крови, протекающей через измеряемый участок, влияет эластичность стенок сосудов в месте измерения, вязкость крови, количество циркулирующей крови.

Приведенные в таблице данные относятся к организму здорового человека, находящегося в состоянии покоя (БМЭ, т. 19, с. 1295).

В приборах, регистрирующих изменения объема части тела – плетизмографах используются различные принципы регистрации показателей:

- регистрации изменения плотности светового потока, проходящего через обследуемый участок биоткани, в том числе и отраженный световой поток – фотоплетизмограф;

- регистрация изменений электрического сопротивления на фиксированном участке тела – реоплетизмографы.

Существуют так же и механические регистраторы, которые измеряют величину смещения ткани при прохождении «порции» крови, вызванной сокращением сердца. К сведению, за одно сокращение сердца вводится в сосудистое русло от 40 до 100 миллилитров крови при средней скорости кровотока от 10 до 20 см в секунду. Время, за которое кровь «изгоняется» из сердца в сосудистое русло, в норме составляет 0,25- 0,3 сек.

На рис. 25 рассматривается кривая, отражающая некоторые информативные признаки фотоплетизмограммы.

Рис.25. Некоторые информативные признаки фотоплетизмограммы

Отрезок А-Б характеризует в.емя, за которое произошло увеличение объема крови в месте регистрации, после каждого сердечного сокращения. Величина амплитуды кривой «h» определяется объемом крови после сердечного сокращения и состоянием эластичности кровеносных сосудов. Участок кривой Б-Г – время, за которое «избыточное» давление крови пришло к исходному состоянию. Зубец «В» – так называемый дикротический зубец, происхождение которого до настоящего времени не совсем ясно. Одна из гипотез предполагает, что он образуется за счет следующих процессов: кровь во время сердечного сокращения поступает в сосуды и расширяет их, создавая дополнительное напряжение стенок. В паузе между сердечными сокращениями сосуды, сжимаясь, выталкивают ее обратно по кровяному руслу. Таким образом, часть крови возвращается назад в сторону сердца. Так как в это время клапаны сердца закрыты, то она, ударяясь о них, возвращается назад, несколько повышая реальный объем крови. Это явление и фиксируется в точке регистрации, в виде небольшого зубца на нисходящей части кривой фотоплетизмограммы.

К сожалению, дикротический зубец не всегда присутствует на кривой фотоплетизмограммы (ФПГ) и наблюдается не у всех обследуемых. Если же он имеет место, то специалисты используют его информативность при проведении визуального анализа кривой. Положение дикротического зубца на нисходящей стороне кривой не постоянно. Оно определяется временем «возвращения» порции крови, «ударяющейся» в закрытые клапаны сердца и возвратившейся назад.

Чем быстрее происходит этот процесс, тем выше на кривой располагается зубец (рис.26). Анализ проводится путем сравнения уровня нахождения дикротического зубца при измерении фоновых показателей организма с уровнем нахождения после предъявления значимого вопроса теста. При этом измеряется расстояние от вершины кривой до зубца и от зубца до основания кривой и вычисляется соотношение полученных показателей:

V = n_{2 /} n₁

где: V – обобщенный показатель

п 2 – расстояние от зубца до основания кривой;

п 1 – расстояние от зубца до вершины кривой

Изменение положения зубца на кривой может происходить линейно (рис.26). Уровень его нахождения по сравнению «с фоновым», может быть выше (кривая 3) или ниже (кривая 2). На кривой 3 мы наблюдаем увеличение скорости прохождения «гидравлического удара» от клапанов сердца до точки установления датчика, на кривой 2 – снижение.

Нередки случаи волнообразного изменения уровня дикротического зубца находящегося на нисходящей ветви кривой ФПГ (рис.26). При анализе ФПГ необходимо исходить из положения: чем больше крови находится в зоне измерения, чем больше давление на этом участке, тем меньше амплитуда кривой. Это связано с тем, что повышение давления ведет к снижению уровня пульсации при поступлении одного и того же объема крови. Надувая воздушный шарик, при первых выдохах мы наблюдаем очень большие изменения в его форме. Когда же шарик практически накачан, следующая порция воздуха, введенная в него, может оказаться незамеченной. Аналогичный эффект наблюдается и в сосудистом русле. В результате сокращения сердца, добавление очередной порции крови в полупустые сосуды, вызывает их мощную пульсацию, которая хорошо просматривается на кривой ФПГ. Поступление очередной порции в хорошо заполненные сосуды вызывает снижение амплитуды ФПГ. Уменьшение амплитуды ФПГ с ростом эмоционального напряжения человека могут быть кратковременным (рис.27-А) или продолжительным (рис.27-Б). Форма кривой ФПГ «А» может быть обусловлена хорошей системой компенсации организма обследуемого или искусственным отключением его от содержания информации, предъявляемой специалистом. Кривая «Б» подтверждает наличие устойчивого, мало компенсированного стрессового состояния. Увеличения амплитуды ФДГ обычно наблюдается при снижении пульсового давления.

Определенную информацию несет и площадь под кривой (S), являющаяся интегральным показателем, на которой оказывают влияние как количество крови, поступившей на обследуемый участок, так и эластичность стенок сосудов, их общее сопротивление кровотоку. Поэтому, этот показатель (S) достаточно часто применяется в полиграфных системах для оценки эмоционального напряжения обследуемого.

Волны первого порядка (рис. 29) являются основными при анализе ФПГ. Это практически то, что мы называем фотоплетизмограммой.

Волны второго порядка тесно связанны по длительности с дыхательными циклами. В состоянии «спокойного» дыхания они проявляются редко. Исключение могут составлять тучные люди, страдающие одышкой, с высоко стоящей диафрагмой. Кроме того, нужно помнить, что они усиливаются на ФПГ, если рука обследуемого находится на твердой поверхности.

К волнам третьего порядка относятся все колебания с длительностью, превышающей дыхательные циклы. Они могут быть ритмичны, т.е. повторяться с определенным постоянством. Проявление их объясняется ритмической активацией центра, контролирующего состояние сосудов. В литературе это явление известно как волны Траубе-Геринта, которые на практике с постоянной конфигурацией наблюдаются довольно редко. Чаще они имеют различную длину и амплитуду даже в процессе одного тестирования. Степень выраженности волн второго и третьего порядка зависит от эмоционального состояния человека. В норме они практически не возникают, но в состоянии эмоционального напряжения появление этих волн встречается довольно часто. Степень их выраженности при регистрации ФПГ может являться критерием оценки уровня эмоционального напряжения обследуемого.

Таким образом, при оценке эмоционального напряжения, необходимо помнить, что фотоплетизмограмма - методика, оценивающая целый комплекс состояний гемодинамики (кровообращения) человека. Основными из них являются кровоток и эластичность (растяжимость) кровеносных сосудов. Чем более эластичны сосуды, тем больше амплитуда ФПГ и тем более пологи переходы ее кривой

Специалисту полиграфа следует помнить, что, в связи с высокой чувствительностью используемых датчиков фотоплетизмографа, при резком изменении уровня освещенности помещения возможны искажения характеристик кривой ФПГ.