Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека



Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека
Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека
Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека
Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека
Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека
Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека
Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека
Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека
Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека
Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека
Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека
Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека
Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека

 


Владельцы патента RU 2425626:

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный университет (НГУ) (RU)

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии. Измеряют массу тела. Вычисляют массу сердца с учетом возраста, пола и сердечно-сосудистой патологии. Измеряют частоту сердечных сокращений, ударный объем сердца, систолическое артериальное давление, давление в полости правого желудочка (ПЖ). По оригинальным математическим формулам с использованием полученных физиологических параметров вычисляют общее число кардиомиоцитов (КМЦ), потребление кислорода единичным КМЦ, число всех КМЦ, число не работающих и работающих КМЦ, Способ прост, доступен, позволяет оценить динамику изменения числа работающих и числа гибернирующих кардиомиоцитов под влиянием лечебных мероприятий. 3 табл.

 

Область техники

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

Уровень техники

Известно, что миокарду человека свойственна выраженная функциональная гетерогенность (Balaban RS. Arai A Function, metabolic, and flow heterogeneity of the heart: the view is getting better // Circ Res. 2001 Feb 16; 88 (3): 340-6.) [1], которая характеризуется 6-10-ти кратными различиями. По мере уменьшения анализируемого образца стенки миокарда - различия возрастают. Согласно исследованиям локальный метаболизм согласован с местным микроциркуляторным потоком (Groeneveld AB, Visser FC. Correlation of heterogeneous blood flow and fatty acid uptake in the normal dog heart // Basic Res Cardiol. 1993; 88: 223-232) [2]; (Van Beek JH, van Mil HG, King RB, de Kanter FJ, Alders DJ, Bussemaker J. A 13C NMR double-labeling method to quantitate local myocardial О2 consumption using frozen tissue samples. // Am J Physiol. 1999; 277: H1630-H1640) [3]; (Decking UK, Skwirba S, Zimmerman MF, Preckel B, Loncar R, Thamer V, Deussen A, Schrader J. Does local coronary flow control metabolic flux rates? A 13C-NMR study. // MAGMA. 1998; 6: 133-134) [4]. Большая часть потребляемого кислорода тратится в митохондриях кардиомиоцитов на производство АТФ, необходимой для трансформации химической энергии в механическое сокращение кардиомиоцитов (Rolfe D.F., Brown G.C. Cellular energy and molecular origin of standard metabolic rate in mammals // Physiol Rev. 1997. - V.77. - №3. - 731 - 758) [5].

Перфузия миокарда и его метаболическая активность являются неоднородными и пространственно скоррелированны между собой (Pries A.R., Secomb T.W. Origins of heterogeneity in tissue perfusion and metabolism // Cardiovascular Res. 2009, - v.81. - №2: 328-335) [6]. Из этого следует, что по всему пространству миокарда рядом с метаболически активными кардиомиоцитами располагаются такие, метаболическая активность которых снижена до основного уровня, когда они не сокращаются. Их называют гибернирующими кардиомиоцитами. В работе (Нестационарный кровоток у человека в искусственных условиях/ Мешалкин Е.Н., Верещагин И.П., Власов Ю.А. и др. - Новосибирск: Наука, 1984. 228 с. Глава IX, стр.202-216) [7] для большого снижения потребления кислорода организмом была дана теоретическая оценка сохранения жизнеспособности клеток организма человека в состоянии искусственной гипотермии в течение нескольких часов (см. рис.53, стр.213), если в клетках АТФ не уменьшился до критического уровня.

Экспериментальные измерения, выполненные на кардиомиоцитах животных подтвердили эти теоретические оценки (Budinger G.R.S., Duranteau J., Chandel N.S. and Schumacker P.T. Hibernation during hipoxya in cardiomyocytes. Role of mitochondria as the O2 sensor // J Biol Chem. 1998. - V.273. - №6. - P.3320-3326) [8]. Они показали, что внутриклеточная АТФ в условиях гипоксии сохраняется (в течение 2 часов при pO2, равном 20 мм рт.ст.), так как синтез АТФ и его использование остаются тесно связанными.

Согласно представлениям о фрактальной природе миокардиального кровотока и метаболизма - рядом с работающими кардиомиоцитами расположены кардиомиоциты, находящиеся в состоянии основного обмена, так называемые гибернирующие кардиомиоциты.

Известно, что основной обмен миокарда человека при температуре 37°С составляет 3,3 m W/г (Gibbs C.L., Loiselle D.S. Cardiac basal metabolism // Jap J Physiol. - 2001. - V.51. - №4. - P.399-426. См. второй столбец с 3-ей по 11 строку сверху 407 стр.) [9]. Эта величина, пересчитанная на 100 г массы миокарда, составляет 1,51515 мл O2/(100 г мин) основного потребления кислорода сердцем без сокращений, что составляет 37% рабочего потребления миокарда.

Известно, что между массой сердца, массой всех кардиомиоцитов и их числом существует количественное соответствие (Adler C.P., Friedburg H. Myocardial DNA content, ploidy level and cell number in geriatric hearts: post-mortem exsaminations of human myocardium in old age// J Mol Cell Cardiol - 1986. - V.18. - №1. - P.39-53) [10], согласно которому либо по измеренной, либо по оцененной массе сердца у обследуемого человека можно получить оценку числа всех кардиомиоцитов.

При лечении больных инфарктом миокарда наряду с оценкой величины пораженного миокарда важна и оценка динамики изменения числа работающих и числа гибернирующих кардиомиоцитов под влиянием лечебных мероприятий. Такой контроль весьма проблематичен с применением современных устройств для визуализации внутренних органов человека, таких как компьютерные рентгеновские и ядерные магниторезонансные томографы, но он осуществим предлагаемым способом.

Целью изобретения является оценка количества активных гибернирующих кардиомиоцитов, готовых к участию в сократительном процессе, сокращающихся и не сокращающихся кардиомиоцитов. Последние уже могут быть вовлечены в процесс сокращения.

Раскрытие изобретения

Способ реализуется следующим образом.

1. Измеряют массу тела, МТ - кг.

2. По измеренной массе тела вычисляют массу сердца (MC - кг), используя формулы из работы (Власов Ю.А., Волков A.M. Зависимость массы сердца от массы тела у больных с сердечно-сосудистой патологией. // Физиология человека. 2004. - Т.30. - №4. - С.62-68) [11], которые представлены в таблице 1. (Вычисления сделаны по данным [Scholz et al., 1988; Kitzman et al., 1988] [12].

3. Измеряют по электрокардиограмме частоту сердечных сокращений (ЧСС), уд/мин.

4. Измеряют методом ЭхоКГ ударный объем сердца (УО), мл.

5. Измеряют систолическое артериальное давление (АДС) по методу Кроткова, измеряют при венозном зондировании сердца давление либо в полости правого желудочка (ПЖ), либо в стволе легочной артерии (ЛА). В том случае, если венозное зондирование полостей сердца выполнить нельзя, давление в полости правого желудочка вычисляют по уравнениям:

для состояния покоя у мужчин -

у женщин -

для состояния физической нагрузки у мужчин -

у женщин -

Эти уравнения взяты из справочника (Власов Ю.А., Окунева Г.Н. Кровообращение и газообмен человека: Справочное руководство / Власов Ю.А., Окунева Г.Н. - 2-е изд., перераб. и доп. - Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1992. - 319 с. Табл.25, стр.89) [13].

6. По вычисленной, либо измеренной массе сердца вычисляют общее число кардиомиоцитов по уравнению -

где NКМЦ - число всех кардиомиоцитов (КМЦ) в сердце обследуемого пациента; MC - масса сердца, кг.

Вычисляют содержание КМЦ в 100 граммах массы сердца -

где NКМЦ - число всех КМЦ в сердце.

Вычисляют потребление кислорода единичным КМЦ в основном состоянии (состоянии основного обмена без сокращений), из которого КМЦ переходит в рабочее состояние.

где QКМЦ - основной обмен единичного КМЦ, мл/мин; 1,51515 - потребление кислорода всеми КМЦ в 100 г массы сердца, мл/(100 г мин); N100 - число КМЦ в 100 г массы сердца. Вычисляют рабочий обмен единичного КМЦ -

где QW - рабочий обмен единичного КМЦ, мл/мин; QКМЦ - основной обмен единичного КМЦ, мл/мин; 0,37 доля основного обмена КМЦ в его рабочем обмене. Эмпирически найдено, что в состоянии инфаркта она снижается до 0,25. В отдаленные сроки после инфаркта увеличивается до 0,27-0,28.

7. По способу, защищенному патентом RU №2350258 от 09.08.2006 [14], вычисляют стандартную величину метаболической работы сердца, выражаемую количеством Дж на 1 кг массы сердца за один цикл для мужчин от года до 12 лет -

от 12 до 70 лет-

для женщин от года до 12 лет -

от 12 до 70 лет -

где МРСД - стандартная метаболическая работа сердца в Дж/(за 1 цикл кг мин); В - возраст в годах.

Полученные величины МРСД умножают на ЧСС, на массу сердца Мс и получают полную величину метаболической работы сердца в Дж/мин -

где МРСД - стандартная метаболическая работа сердца в Дж/(за 1 цикл кг мин); MC - масса сердца, кг; ЧСС - уд/мин.

Через дыхательный коэффициент (RQ) полученную величину метаболической работы сердца переводят в мл/мин -

где 0,238845896 - коэффициент перевода Джоулей в калории, а знаменатель правой части уравнения - пересчет калорий в мл газообразного кислорода по дыхательному коэффициенту RQ.

Потребление кислорода сердцем на механическую работу оценивают по произведению -

где АД - сумма систолического давления крови в аорте и легочной артерии, мм рт.ст.; УО - ударный объем в мл; АДС - систолическое давление в аорте, мм рт.ст.; ЛАС - систолическое давление в стволе легочной артерии, мм рт.ст. Величину ЛАС вычисляют по уравнениям (1-8), если невозможно прямое измерение.

Величину ПО2МЕХ, выраженную в мл/мин вычисляют для мужчин от года до 21 года по уравнению -

от 21 до 70 лет -

для женщин от года до 21 года -

от 21 до 70 лет-

8. Вычисляют число работающих (активированных) КМЦ -

где NW - число работающих активированных КМЦ; ПО2МЕТ - метаболическое потребление кислорода сердцем, мл/мин; QW - рабочее потребление единичного КМЦ, мл/мин.

9. Вычисляют число сокращающихся КМЦ -

где NCONT - число сокращающихся КМЦ, генерирующих давление в полостях желудочков сердца; ПО2МЕХ - потребление кислорода сердцем на осуществление механической работы, мл/мин; QW - рабочее потребление единичного КМЦ, мл/мин.

10. Вычисляют число не работающих КМЦ -

где N0 - число не работающих, не активированных КМЦ; NКМЦ - число всех КМЦ в сердце; NW - число работающих, активированных клеток.

Примеры использования способа.

У 645 пациентов с диагнозом: «функциональный шум в сердце», у которых во время внутривенного зондирования сердца не был выявлен порок сердца, были выполнены все измерения и необходимые вычисления по данному способу. На их основе были осуществлены вычисления, приводимые в таблице 2.

Данные, приведенные в таблице 2, показывают, что у здорового человека на протяжении первых 12-13 лет происходит уменьшение не сокращающихся кардиомиоцитов до уровня, когда их число оказывается сопоставимо с числом сокращающихся кардиомиоцитов, тогда как масса активированных КМЦ около 80% составляют функционально-структурный резерв сердца, в котором КМЦ находятся в состоянии к немедленному включению в процесс формирования сердечной систолы.

Напротив, данные наблюдения в клинических условиях за 334 больными мужчинами в возрасте от 47 до 66 лет, приведенные в таблице 3, которое охватывает интервалы от 3-х дней до 26 лет после развития инфаркта миокарда, показали, что в первую неделю после инфаркта примерно в два раза увеличивается число не работающих КМЦ, а число активированных КМЦ уменьшается до 60-75% по сравнению со здоровыми лицами.

Источники информации

1. Balaban RS. Arai A Function, metabolic, and flow heterogeneity of the heart: the view is getting better // Circ Res. 2001 Feb 16: 88(3): 340-6.

2. Groeneveld AB, Visser FC. Correlation of heterogeneous blood flow and fatty acid uptake in the normal dog heart // Basic Res Cardiol. 1993; 88: 223-232.

3. Van Beek JH, van Mil HG, King RB, de Kanter FJ, Alders DJ, Bussemaker J. A 13C NMR double-labeling method to quantitate local myocardial O2 consumption using frozen tissue samples. // Am J Physiol. 1999; 277: H1630-H1640.

4. Decking UK, Skwirba S, Zimmerman MF, Preckel B, Loncar R, Thamer V, Deussen A, Schrader J. Does local coronary flow control metabolic flux rates? A 13C-NMR study. // MAGMA. 1998; 6: 133-134.

5. Rolfe D.F., Brown G.C. Cellular energy and molecular origin of standard metabolic rate in mammals // Physiol Rev. 1997. - V.77. - №3. - 731-758.

6. Pries A.R., Secomb T.W. Origins of heterogeneity in tissue perfusion and metabolism // Cardiovascular Res. 2009. - V.81. - №2: 328-335.

7. Нестационарный кровоток у человека в искусственных условиях / Мешалкин Е.Н., Верещагин И.П., Власов Ю.А. и др. - Новосибирск: Наука, 1984. 228 с. Глава IX, стр.202-216.

8. Budinger G.R.S., Duranteau J., Chandel N.S. and Schumacker P.T. Hibernation during hipoxya in cardiomyocytes. Role of mitochondria as the О2 sensor // J Biol Chem. (1998) / - V.273. - №6. - P.3320-3326.

9. Gibbs C.L., Loiselle D.S. Cardiac basal metabolism // Jap J Physiol. 2001. V.51. №4. - P.399-426.

10. Adler C.P., Friedburg H. Myocardial DNA content, ploidy level and cell number in geriatric hearts: post-mortem exsaminations of human myocardium in old age // J Mol Cell Cardiol - 1986. - V.18. - №1. - P.39-53.

11. Власов Ю.А., Волков A.M. Зависимость массы сердца от массы тела у больных с сердечно-сосудистой патологией. // Физиология человека. 2004. - Т.30. - №4. - С.62-68.

12. Scholz et al., 1988; Kitzman et al., 1988.

13. Власов Ю.А., Окунева Г.Н. Кровообращение и газообмен человека: Справочное руководство / Власов Ю.А., Окунева Г.Н. - 2-е изд., перераб. и доп. - Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1992. - 319 с.

14. Способ оценки потребления кислорода сердцем человека: Пат. №2350258, Россия, МПК7 А61В 5/00, Власов Ю.А., Окунева Г.Н., Чернявский A.M., Фомичев А.В.: ГУ НИИ патол. кровообращ. МЗ РФ. - №2006128968/14; Заявл. 09.08.06; 27.03.2009.. Бюл. №09.

Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека, состоящий в том, что измеряют массу тела (МТ - кг), по измеренной массе тела вычисляют массу сердца (MC - кг) с учетом возраста, пола и сердечно-сосудистой патологии, измеряют по электрокардиограмме частоту сердечных сокращений (ЧСС), уд/мин, измеряют методом ЭхоКГ ударный объем сердца (УО), мл., измеряют в состоянии покоя и физической нагрузки систолическое артериальное давление (АДС) по методу Кроткова, при венозном зондировании сердца измеряют давление либо в полости правого желудочка (ПЖ), либо в стволе легочной артерии (ЛА), при невозможности произвести венозное зондирование полостей сердца давление в полости правого желудочка вычисляют по вычисленной либо измеренной массе сердца, вычисляют общее число кардиомиоцитов по уравнению
NКМЦ=(5Е+09·(МС0,8491)),
где NКМЦ - число всех кардиомиоцитов (КМЦ) в сердце обследуемого пациента; MC - масса сердца, кг;
вычисляют содержание КМЦ в 100 г массы сердца (N100)
N100=(NКМЦ)·0,1,
вычисляют потребление кислорода единичным КМЦ в основном состоянии (состоянии основного обмена без сокращений), из которого КМЦ переходит в рабочее состояние
QКМЦ=(1,51515)/N100,
где QКМЦ - основной обмен единичного КМЦ, мл/мин; 1,51515 - потребление кислорода всеми КМЦ в 100 г массы сердца, мл/(100 г мин);
вычисляют рабочий обмен единичного КМЦ
Qw=(QКМЦ)/0,37,
где Qw - рабочий обмен единичного КМЦ, мл/мин; 0,37 доля основного обмена КМЦ в его рабочем обмене (эмпирически найдено, что в состоянии инфаркта она снижается до 0,25, в отдаленные сроки после инфаркта увеличивается до 0,27-0,28);
вычисляют стандартную величину метаболической работы сердца, выражаемую количеством Дж на 1 кг массы сердца за один цикл для мужчин от года до 12 лет -
МРСД=15,957·В0,3288;
от 12 до 70 лет -
МРСД=52,052·В-0,161;
для женщин от года до 12 лет -
МРСД=20,695·В0,2268;
от 12 до 70 лет -
МРСД=43,114·В-0,0778,
где МРСД - стандартная метаболическая работа сердца, Дж/(за 1 цикл кг мин); В - возраст в годах;
полученные величины МРСД умножают на ЧСС, на массу сердца МС и получают полную величину метаболической работы сердца в Дж/мин
МРС=МРСД·МС·ЧСС,
где МРСД - стандартная метаболическая работа сердца в Дж/(за 1 цикл кг мин); МС - масса сердца, кг; ЧСС - уд/мин; через дыхательный коэффициент (RQ) полученную величину метаболической работы сердца переводят в мл/мин -
ПО2 МЕТ=((MFC)·0,238845896)/(3,82137+1,224802·RQCOR),
где 0,238845896 - коэффициент перевода Джоулей в калории, а знаменатель правой части уравнения - пересчет калорий в мл газообразного кислорода по дыхательному коэффициенту RQ;
оценивают потребление кислорода сердцем на механическую работу по произведению
(АД·УО)=(УО·(АДС+ЛАС)),
где АД - сумма систолического давления крови в аорте и легочной артерии, мм рт.ст.; УО - ударный объем, мл; АДС - систолическое давление в аорте, мм рт.ст.; ЛАС - измеренное или вычисленное систолическое давление в стволе легочной артерии, мм рт.ст., если невозможно прямое измерение; величину ПО2МЕХ, выраженную в мл/мин, вычисляют для мужчин от года до 21 года по уравнению
ПО2МЕХ=0,0132·(АД·УО)0,6416;
от 21 до 70 лет -
ПО2МЕХ=0,8626·(АД·УО)0,1951;
для женщин от года до 21 года -
ПО2МЕХ=0,0061·(АД·УО)0,7228;
от 21 до 70 лет -
ПО2МЕХ=0,0366·(АД·УО)0,5352;
вычисляют число работающих (активированных) КМЦ
Nw=(ПО2МЕТ)/Qw,
где Nw - число работающих активированных КМЦ; ПО2МЕТ - метаболическое потребление кислорода сердцем, мл/мин; Qw - рабочее потребление единичного КМЦ, мл/мин;
вычисляют число сокращающихся КМЦ
NCONT=(ПО2МЕХ)/Qw,
где NCONT - число сокращающихся КМЦ, генерирующих давление в полостях желудочков сердца;
вычисляют число не работающих КМЦ
N0=(NКМЦ)-(Nw),
где N0 - число не работающих не активированных КМЦ; NКМЦ - число всех КМЦ в сердце; Nw - число работающих активированных клеток.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для диагностики и лечения при заболеваниях сердечно-сосудистой системы. .
Изобретение относится к медицине, способам оздоровления, и может быть использовано для реабилитации и повышения функциональных возможностей организма. .
Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии. .

Изобретение относится к лечебной физкультуре учащихся, имеющих незначительные отклонения в состоянии здоровья, и включает сбор анамнеза, оценку общего состояния учащихся, проведение совместного обучения с основной группой по предмету в режиме учебных занятий, сдачу контрольных нормативов, проведение дополнительных занятий по общей физической подготовке (ОФП) для подготовительной группы (ПГ).

Изобретение относится к области медицины, а именно к акушерству. .
Изобретение относится к медицине и может быть использовано при необходимости определения степени устойчивости человека к гипероксической гипоксии. .

Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии и функциональной диагностике, и предназначено для диагностики ранних форм цереброваскулярной недостаточности.

Изобретение относится к медицине, а именно лучевой диагностике, и может быть использовано для оптимизации обследования детей при синдроме головной боли

Изобретение относится к медицине, а именно лучевой диагностике, и может быть использовано для оптимизации обследования детей при синдроме головной боли
Изобретение относится к медицине, а именно к анестезиологии, и может быть использовано при проведении общей анестезии у пациентов с онкоабдоминальной патологией
Изобретение относится к области медицины, а именно к терапии, кардиологии, функциональной диагностике

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии

Изобретение относится к области медицины, а именно кардиологии
Наверх