Способ определения ударного объема сердца человека

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии и кардиохирургии. Для этого у обследуемого пациента измеряют массу тела, уточняют возраст, измеряют общее потребление кислорода и одновременно регистрируют электрокардиограмму для подсчета частоты сердечных сокращений за минуту. Кроме того, измеряют концентрацию гемоглобина в крови, насыщение артериальной крови кислородом. Затем рассчитывают по формуле ударный объем и сравнивают с его вычисленным стандартным значением. Способ позволяет точно измерить величину ударного объема сердца, а при сравнении с измеренной величиной ударного объема дать основание для заключения - насколько изменен этот параметр сердечной деятельности. 1 табл.

 

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии и кардиохирургии.

При проведении лечебных мероприятий или хирургического вмешательства часто возникает необходимость быстро и надежно оценить абсолютную величину ударного объема сердца человека и изменение его величины. Эта оценка необходима в случаях, когда у пациента существует сложный врожденный порок сердца с двунаправленными сбросами артериальной и венозной крови через дефекты в перегородках камер сердца, или имеет место выраженная недостаточность створчатых клапанов сердца. Дать точную оценку количеству крови, которое поступит в большой круг кровообращения и обменные капилляры, известными способами оказывается затруднительно.

Известен способ измерения этого параметра посредством измерения потребления кислорода организмом в течение одной минуты (ПО₂), измерения содержания связанного кислорода в литре артериальной и литре смешанной венозной крови, вычисления артериовенозной разности по кислороду (АВРО₂), деления величины потребленного кислорода за одну минуту на АВРО₂, а полученную величину минутного объема кровообращения (МОК) делят на частоту сердечных сокращений (ЧСС) и получают усредненную величину ударного объема сердца (УО) при условии, что были сосчитаны все сердечные сокращения в течение минуты, когда измерялось ПО₂. Это классический принцип измерения A. Fick, известный с 1870 г. Он безупречен по замыслу, но имеет существенный недостаток, не преодоленный до нашего времени, - это необходимость отбирать образцы артериальной и смешанной венозной крови для определения в них количества связанного газообразного кислорода или углекислого газа [Stringer W.W., Наnsen J.E., Wasserman К. Cardiac output estimated noninvasivelly from oxygen uptake during exercise // J. Appl. Physiol. 1997. - V.82. - № 3. - PP.908-912]. Однако приведенное в этой статье предложение вычислять сердечный выброс и ударный объем через измерение пикового потребления O₂ и ABPO₂, которая оценивается по найденной авторами функции АВРО2=f(%ПО_2MAKС) до и после лактатного ацидозного порога. Последний отыскивается на графике функции -

ВыдСO₂=f(ПО₂). В итоге предложен громоздкий многоступенчатый способ и его точность зависит от точности измерения ВыдСО₂ и корректного построения графических функций.

Известен другой способ, основанный на реализации доплеровской эхокардиографической техники [Sun J.P., Pu M., Fouad F.M., Christian R. et al. Automated cardiac output measurement spatiotemporal integration of color Doppler data. In vitro and clinical validation // Circulation. - 1997. - V.95. - № 4. - PP.932-939}. Этот способ содержит существенные ограничения, обусловленные необходимостью учета профиля скоростей в выбранном сечении выходного тракта из левого желудочка и в полукружиях восходящей аорты и требует согласования луча ультразвука с потоком крови.

Известны также способы и устройства для оценки сердечного выброса у пациентов:

1) [United States Patent 4595015: Jansen J.R. (Noordwijkerhout, NL) Versprille A. (Rotterdam, NL) Method and apparatus for estimating the cardiac output of the heart of a patient Publication Date: 06/17/1986 http://www.freepatentsonline.com/4595015.html];

2) [United States Patent 5928155: Eggers Ph. E. (Dublin, OH, US), Huntley, Sc. P. (Danville, CA, US), Khalil, G. E. (Redmond, WA, US) Cardiac output measurement with metabolizable analyte containing fluid Publication Date: 07/27/1999 http://www.freepatentsonline.com/5928155.html]. Оба способа основаны на принципе разведения индикатора в потоке крови и могут применяться в стационарных условиях в медицинских учреждениях, так как и в том и другом способе необходимо в поток крови вводить вещество-индикатор, либо вводить «катетер Сван-Ганса» для измерений по методу термоделюции. Несмотря на совершенство этих способов они обладают главным недостатком - необходимостью проникнуть в центральные отделы сосудистого русла пациента.

В клинической практике бывает необходимо быстро и достаточно надежно оценить величину ударного объема сердца (УО), не прибегая к инвазивным манипуляциям и использованию сложных измерительных устройств. Для достижения этой цели предложен способ оценки, основанный на том, что потребленный организмом кислород (ПО₂) в единицу времени равен артериовенозной разности по О₂ за этот же интервал времени. На этом принципе был предложен способ определения величины капиллярного кровотока (Q_КАП) в организме человека [Патент: RU 2267983 С2 Власов Ю.А., Смирнов С.М., Окунева Г.Н. Способ определения величины капиллярного кровотока и величины артериоловенулярного шунта. 20.01.2006 БИ №2].

Для определения предлагаемым способом величины УО сердца измеряют ПO₂ у пациента и одновременно записывают электрокардиограмму, измеряют концентрацию гемоглобина в крови (Нb), измеряют насыщение артериальной крови кислородом

(S_O2АRT). По этим измерениям, используя способ, приведенный в [Патент: RU 2267983 С2 Власов Ю. А., Смирнов С.М., Окунева Г.Н. Способ определения величины капиллярного кровотока и величины артериоловенулярного шунта. 20.01.2006 Бюл. №2], определяем (O_КАП).

Вычисленную этим способом величину Q_КАП делим на частоту сердечных сокращений (ЧСС) и находим ту часть капиллярного кровотока, которая за одно сердечное сокращение поступает в капиллярное русло организма и содержит количество O₂, соответствующее величине кислородного пульса -

где О_{2 кис. пульса} - мл О₂, потребленное организмом за одно сердечное сокращение; ПО₂ - потребление кислорода организмом за минуту, мл/мин;

ЧСС - число сердечных сокращений за минуту. Переводим потребленный О₂ в эквивалентный ему капиллярный кровоток -

где Q_кап - величина капиллярного кровотока в организме, мл/мин; ПО₂ - потребление кислорода организмом за минуту; 1,355 - константа Гюфнера, количество мл O₂, которое связывает 1 грамм гемоглобина; Hb - концентрация гемоглобина в крови, г/л; Hb/1000 - количество Hb в 1 мл крови;

S_О2VKK - насыщение крови кислородом на венозном конце капилляра -

Полученную величину Q_кап делим на ЧСС и получаем ту величину УО, которая поступает в капиллярное русло за одно сердечное сокращение -

где УО_КФ - капиллярная фракция ударного объема, мл.

Чтобы получить полную величину УО делим УО_кф на относительную величину Q_кап-

где Q_{кап%мок} относительная величина капиллярного кровотока, %МОК;

Q_КАП - величина капиллярного кровотока в организме, мл/мин; МОК - минутный объем кровообращения, л/мин. По усредненным данным значение величины Q_{кап%мок} - для мужчин 21,077±0,175% (М±m), для женщин - 19,81±0,346% (М±m). Затем делим УО_кф на Q_{кап%мок} и находим полную величину ударного объема сердца.

или

Затем полученную величину сравнивают со стандартным значением ударного объема сердца, которое вычисляют по ПО_2стан для мужчин -

для женщин -

где М_т - масса тела, кг; В - возраст, лет.

Способ реализуется следующим образом.

У обследуемого либо пациента измеряют массу тела, уточняют возраст до: лет, месяцев и дней и переводят в десятичную форму (от года), измеряют общее потребление кислорода (ПО₂) и одновременно регистрируют электрокардиограмму для подсчета частоты сердечных сокращений за минуту (ЧСС), чтобы измеренное (ПО₂) соответствовало усредненной величине (ЧСС) за этот же интервал времени, измеряют концентрацию гемоглобина в крови (Нb), измеряют насыщение артериальной крови кислородом (S_O2АRT). По измеренному

S_O2ART вычисляют S_О2VKK Измеренные значения ПO₂ (мл/мин), Нb (г/л) и вычисленное значение S_O2VKK вставляют в формулу (8) и получают значение величины ударного объема сердца. Следующим шагом вычисляют ПO_2стан (мл/мин) и вместо измеренной величины ПO₂ вставляют в формулу (8), получают значение УО_СТ и сравнивают с ним измеренную величину УО.

Пример использования способа.

В приведенной таблице 1 показаны примеры определения ударного объема у двух групп пациентов.

У пациентов с функциональным шумом в сердце расхождения между измеренным ударным объемом сердца и вычисленным стандартным объемом сердца незначительны, так как диагноз порока сердца у них был отвергнут. Напротив, у пациентов с транспозицией магистральных сосудов в сочетании с дефектом межпредсердной перегородки (ДМПП), дефектом межжелудочковой перегородки (ДМЖП), стенозом клапанов легочной артерии (ст. ЛА) и у пациентов с пентадой Фалло эти расхождения существенны и обусловлены нарушением кровообращения. Точно вычислить потоки крови в большом и малом кругах кровообращения по измерению содержания газов крови, используя стандартный расчет по А.Фику, приводимый в руководствах по клинической физиологии, нельзя. Существующие при этих пороках сердца двунаправленные сбросы крови на уровне предсердий и желудочков не позволяют получать воспроизводимые результаты газового анализа в серийно отбираемых пробах крови. В результате расчеты минутного объема кровообращения и величин сбросов крови дают очень большую ошибку и делают неопределенными выводы относительно направленности изменений основных параметров кровообращения у пациентов.

Напротив, предложенный способ определения величины ударного объема сердца, привязанный к точному измерению потребления кислорода ПО₂ (мл/мин), точному измерению концентрации гемоглобина Нb (г/л) в крови, точному измерению частоты сердечных сокращений (ЧСС), позволяет определить точную величину ударного объема сердца, которая реально поступает в большой круг кровообращения. Если вычислить величину ударного объема: по антропометрическим данным (массе тела) стандартное потребление кислорода и реальным величинам Нb (г/л) и ЧСС пациента, которая будет стандартной, то ее сравнение с измеренной величиной ударного объема дает основание для заключения - насколько изменен этот важнейший параметр сердечной деятельности нарушенным кровообращением.

Литература

1. Stringer W.W., Hansen J.E., Wasserman K. Cardiac output estimated noninva-sivelly from oxygen uptake during exercise // J. Appl. Physiol. 1997. - V.82. -№ 3.-РР.908-912.

2. Sun J.P., Pu M., Fouad F.M., Christian R. et al. Automated cardiac output measurement spatiotemporal integration of color Doppler data. In vitro and clinical validation // Circulation. - 1997. - V.95. - № 4. - PP.932 - 939.

3. United States Patent 4595015: Jansen J.R. (Noordwijkerhout, NL) Versprille A. (Rotterdam, NL) Method and apparatus for estimating the cardiac output of the heart of a patient Publication Date: 06/17/1986 http://www.freepatentsonline.com/4595015.html.

4. United States Patent 5928155: Eggers Ph. E. (Dublin, OH, US), Huntley, Sc. P. (Danville, CA, US), Khalil, G. E. (Redmond, WA, US) Cardiac output measurement with metabolizable analyte containing fluid Publication Date: 07/27/1999 http://www.freepatentsonline.com/5928155-html.

5. Патент: RU 2267983 C2 Власов Ю.А., Смирнов С.М., Окунева Г.Н. Способ определения величины капиллярного кровотока и величины артериоло-венулярного шунта. 20.01.2006 БИ № 2.

Способ определения ударного объема сердца человека, включающий измерение массы тела пациента, уточнение возраста пациента до лет, месяцев и дней и перевод возраста в десятичную форму, измерение концентрации гемоглобина в крови и насыщения артериальной крови кислородом, отличающийся тем, что дополнительно измеряют потребление кислорода с одновременной регистрацией электрокардиограммы и подсчетом частоты сердечных сокращений в момент, соответствующий записи спирограммы, вычисляют S_O2VKK - насыщение крови кислородом на венозном конце капилляра -


где S_O2ART - насыщение артериальной крови кислородом, доли единицы; вычисляют ударный объем сердца -

где ПО₂ - потребление кислорода организмом за минуту;
1,355 - константа Гюфнера, количество мл О₂, которое связывает metricconverterProductID1 грамм 1 грамм гемоглобина;
Hb - концентрация гемоглобина в крови, г/л;
Hb/1000 - количество Hb в 1 мл крови;
S_O2VKK - насыщение крови кислородом на венозном конце капилляра, ЧСС - частота сердечных сокращений, уд/мин, Q_{КАП%МОК} - относительная величина капиллярного кровотока, % минутного объема кровообращения, которая для мужчин равна - 21,077±0,175 (М±m), для женщин - 19,81±0,346 (М±m);
затем вычисляют стандартное потребление кислорода (ПО_2СТАН) у пациента - для мужчин по уравнению -

для женщин по уравнению -

где М_Т - масса тела, кг;
В - возраст, лет;
вычисляют величину стандартного ударного объема (УО_СТ) по уравнению

где ПО_2СТАН - стандартное потребление кислорода, мл/мин;
1,355 - константа Гюфнера, количество мл О₂, которое связывает грамм 1 грамм гемоглобина;
Hb - концентрация гемоглобина в крови, г/л;
Hb/1000 - количество Hb в 1 мл крови;
S_O2VKK - насыщение крови кислородом на венозном конце капилляра;
ЧСС - частота сердечных сокращений, уд/мин;
Q_{КАП%МОК} - относительная величина капиллярного кровотока, %МОК, которая для мужчин равна - 21,077±0,175 (M±m), для женщин - 19,81±0,346 (М±m);
а измеренное значение УО сравнивают с его вычисленным стандартным значением.