Thermography-based analysis of lower limb vascular response to thermal challenge in patients with diabetes mellitus

The aim of the study - thermography-based analysis of lower limb vascular response to thermal impact in patients with trophic disorders, diabetes mellitus and peripheral atherosclerosis. Materials and methods. Thermal impact was carried out using the heating pad acting for 20 minutes. Control of temperature of back of the feet was performed by thermal imaging camera with a thermal sensitivity of 0.02°C. The study involved a group of 8 subjects without vascular disorders of the lower limbs (controls), and patient group of 8 subjects with trophic disorders due to the progression of diabetes and atherosclerosis (age of 67±8 years). All patients had type 2 diabetes and peripheral arterial disease with different levels and the degree of the main arterial occlusion. Intensity of trophic disorders changed from apical necrosis and trophic ulcers to gangrene of the foot. We calculated spectral amplitude parameters and temperature dynamics. Fourier transform was used to perform spectral analysis of temperature data. Results. Temperature response of limbs in patients with diabetes compared with healthy subjects was characterized by monotonous temperature variation without distinct oscillations; reduction in amplitude of oscillations within endothelial temperature range; relatively high average temperature difference between the left and right foot. In the group of healthy subjects reaction on thermal impact is not strictly two-stage, usually interpretable by theory as primary and secondary vasodilation. Conclusions. Decrease of temperature amplitude of endothelial range registered during thermal impact can be the sign of endothelial dysfunction in patients with diabetes and peripheral arterial disease. Spectral and temperature characteristics of reaction of limbs on thermal impact can be used to assess trophic disorders and compensation mechanisms of regulation of metabolic processes in the group of patients with diabetes mellitus.

тепловидение, термография, тепловая проба, тепловое воздействие, сахарный диабет, thermal imaging, thermography, thermal test, thermal impact, diabetes mellitus

1. Зубарева Н. А., Подтаев С. Ю., Паршаков А. А. Диагностика нарушений вазодилатации микрососудов кожи у больных с синдромом диабетической стопы при проведении локальной тепловой пробы // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2015. № 3 (55). С. 27-33.

2. Иваницкий Г. Р. Современное матричное тепловидение в биомедицине // Успехи физ. наук. 2006. Т. 176. № 12. С. 1293-1320.

3. Коняева Т. Н., Красников Г. В., Пискунова Г. Ми др. Тепловая проба с линейно нарастающей температурой нагрева в исследованиях механизмов регуляции системы микроциркуляции кожи человека // Вестн. новых мед. технол. 2002. Т. IX. № 4. С. 89-91.

4. Крупаткин А. И., Сидоров В. В. Функциональная диагностика состояния микроциркуляторно-тканевых систем: колебания, информация, нелинейность: рук-во для врачей. М.: ЛИБРОКОМ, 2013.

5. Пат. РФ № 2546099. МПКА61В 5/01, A61B 5/026. Заявка № 2014104428/14 от 10,02. 2014 / Сагайдачный А. А., Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Фомин А. В. Способ визуализации колебаний кровотока. Опубл. 10.04.2015. Бюл. № 10.

6. Подтаев С. Ю., Попов А. В., Морозов М. К., Фрик П. Г. Исследование микроциркуляции крови с помощью вейвлет-анализа колебаний температуры кожи // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2009. № 8 (3). С. 14-20.

7. Протопопов А. А., Усанов Д. А., Аверьянов А. П. и др. Состояние микроциркуляторного русла у детей с сахарным диабетом 1-го типа // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2012. № 2. С. 22-27.

8. Сагайдачный А. А., Скрипаль А. В., Фомин А. В., Усанов Д. А. Восстановление спектра колебаний кровотока из спектра колебаний температуры пальцев рук, дисперсия температурного сигнала в биоткани // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2013. № 1. С. 76-82.

9. Сагайдачный А. А., Скрипаль А. В., Фомин А. В., Усанов Д. А. Методика восстановления фотоплетизмограммы в диапазоне эндотелиальных и нейрогенных колебаний по результатам измерений температуры пальцев рук // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2013. № 3. С. 22-28.

10. Сагайдачный А. А., Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Фомин А. В. Метод тепловизионной визуализации колебаний кожного кровотока в конечностях: модификация спектральных составляющих // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2015. № 1. С. 46-52.

11. Смирнова Е. Н. , Подтаев С. Ю. , Мизева И. А. , Жукова Е. А. Нарушение механизмов вазодилатации у больных сахарным диабетом 2 типа при проведении контралатеральной холодовой пробы // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2012. № 1. С. 30-34.

12. Anticogaulant F. The role of endothelium in regulation of blood vessel tone blood flow // Gomal Journal of Medical Sciences. 2003. Vol. 1. № 2.

13. Frick P., Mizeva I., Podtaev S. Skin temperature variations as a tracer of microvessel tone // Biomedical Signal Processing and Control. 2015. Vol. 21. P 1-7.

14. Kellogg Jr D. L. In vivo mechanisms of cutaneous vasodilation and vasoconstriction in humans during thermoregulatory challenges // Journal of Applied Physiology. 2006. Vol. 100. №. 5. P. 1709-1718.

15. Medical infrared imaging /eds by N. A. Diakides J. D. Bronzino. CRC Press, Taylor & Francis Group. Boca Raton, U.S.A. 2008. 448 p.

16. Stansberry K. B., Shapiro S. A., Hill M. A. et al. Impaired peripheral vasomotion in diabetes // Diabetes care. 1996. № 19 (7). Р. 715-721.

17. Stehouwer C. D., Lambert J., Donker A. J. M., & van Hinsbergh V. W. Endothelial dysfunction and pathogenesis of diabetic angiopathy // Cardiovascular Research. 1997. № 34 (1). Р. 55-68.

18. Stephens D. P. et al. Nonnoradrenergic mechanism of reflex cutaneous vasoconstriction in men // American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 2001. Vol. 280. № 4. P H1496-H1504.

19. Vinik A. I. et al. Dermal neurovascular dysfunction in type 2 diabetes // Diabetes Care. 2001. Vol. 24. № 8. P. 1468-1475.