Способ оценки насыщения кислородом крови в коронарном синусе у человека

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии. Измеряют массу тела, рост обследуемого. Определяют общее потребление кислорода организмом, концентрацию гемоглобина в крови, насыщение кислородом артериальной крови. Вычисляют площадь поверхности тела. Проводят эхокардиографию. Определяют величину ударного объема сердца. Снимают ЭКГ, измеряют частоту сердечных сокращений. Вычисляют минутный объем кровообращения. Вычисляют величину коронарного кровотока, потребления кислорода организмом и сердцем, капиллярный кровоток в миокарде, насыщение кислородом крови в коронарном синусе по оригинальным математическим формулам с использованием перечисленных измеренных и вычисленных параметров. Способ позволяет оценивать насыщение кислородом крови в коронарном синусе и связанные с этой величиной важные функциональные характеристики коронарного кровообращения у пациентов неинвазивно, в условиях стандартно оснащенной лаборатории функциональной диагностики. 1 табл.

 

Область техники

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

Уровень техники

Известно, что исследованию всех параметров образца крови, забранного из коронарного синуса сердца у пациента с ишемической болезнью сердца либо с патологией сердечной мышцы (например, кардиомиопатией), придается важный диагностический и прогностический смысл (Jaumdally Rami, Varma Chetan, Macfadyen R.J. et al Coronary sinus blood sampling: an insight into local cardiac pathophysiology and treat-ment? // European Heart J. - 2007. - V.28. - №8. - P.929-P.940) [1]. Одним из таких параметров является насыщение кислородом крови в коронарном синусе (S_KS) сердца, по которому судят о кислородном балансе сердца.

Известен способ прямого измерения насыщения кислородом крови в коронарном синусе сердца (S_KS) с применением волоконного оптического оксиметрического зонда (7,5 Opticath, Oximetrix, California, USA), датчик в котором расположен на кончике зонда. Его вводят непосредственно в кронарный синус пациента (Crake Т., Canepa-Anson R., Shapiro L. et al. Continuous recording of coronary sinus oxygen saturation during atrial pacing in patients with coronary artery disease or with syndrome X // Br Heart J. - 1988. - V.59. - P.31-P.38) [2] и в условиях рентгеноперационной ведут наблюдения.

В других способах используют микроспектрофотометрические методы измерения (S_KS) на замороженных при низких температурах препаратах сердца, которые могут быть использованы только в экспериментах на животных (Monroe R.G., Gamble W.J., La Farge C.G. et al. Transmural coronary venous O₂ saturations in normal and isolated hearts// Amer. J. Physiolol. - 1975. - V.228. - №1. - P.318-324; [3] Grunewald W.A., Lübbers D.W. Die Bestimmung der intracapillären НbO₂ - Sättigung mit einer kryo-mikrofotometrischen Methode angewandt am Myokard des Kaninchens // Pfütigers Arch. - 1975. - Bd.353. - H.3. - S.255-273) [4].

Измерения (S_KS) с помощью волоконных оптических оксиметров могут быть применимы только в клинических условиях с соблюдением асептики, что существенно ограничивает их широкое применение для оценки состояния сердечной деятельности больных с сердечно-сосудистой патологией.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего делать оценку насыщения кислородом крови в коронарном синусе сердца (S_KS) и связанных с нею важных функциональных характеристик коронарного кровообращения у пациентов в условиях стандартно оснащенной лаборатории функциональной диагностики.

Способ состоит в следующем: измеряют массу тела W (кг), рост пациента H (см) и вычисляют поверхность тела пациента по известной формуле:

,

где П_Т - поверхность тела, м²; W - масса тела, кг; H - рост, см; 10⁴ - коэфициент перевода площади тела в м²; измеряют общее потребление кислорода (ПО_2ОБЩ), измеряют концентрацию гемоглобина в крови (Hb), измеряют насыщение кислородом артериальной крови (S_A), измеряют величину ударного объема сердца по эхокардиографии, измеряют частоту сердечных сокращений по ЭКГ (ЧСС) и по ним вычисляют величину минутного объема кровообращения (МОК). По полученным измерениям и вычислениям оценивают величину коронарного кровотока

для мужчин, если П_Т<1,81698 м², то

где Q_С - коронарный кровоток в мл/мин;

выражение

((5,255×П_Т ^-0,304))/100) отражает величину коронарного кровотока в % от МОК; если П_Т>1,81698 м², то

выражение

((2,0904×(П_Т ^1,2625))/100) отражает величину коронарного кровотока в % от МОК.

Для женщин, если П_Т<1,5185 м², то

где Q_С - коронарный кровоток в мл/мин,

выражение

((5,8812×(П_Т ^-0,6646))/100) отражает величину коронарного кровотока в % от МОК; если П_Т>1,5185 и <1,6945 м², то

выражение

((2,559×(П_Т ^1,3308))/100) отражает величину коронарного кровотока в % от МОК; если П_Т>1,6945 м², то

выражение

((7,267×(П_Т ^-6515))/100) отражает величину коронарного кровотока в % от МОК; и если прямо не измерена величина потребления кислорода сердцем у пациента, то ее оценивают

у мужчин

у женщин

где 9,85459462±0,0444% составляет потребление кислорода сердцем от его общего потребления всем организмом у мужчин в возрасте от 15 до 75 лет; у женщин в возрасте от 12 до 65 лет - 12,4252569±0,2526%; ПО_2СЕРД - потребление кислорода сердцем в мл/мин; ПО_2ОБЩ - потребление кислорода организмом человека в мл/мин.

Точную индивидуальную оценку потребления кислорода сердцем получают, используя функцию - ПО_2СЕРД % общего ПО₂=f(П_Т).

Для мужчин, если П_Т<1,81698 м², то

где ПО_2СЕРД и ПО_2ОБЩ - потребление кислорода сердцем и организмом в мл/мин; если П_Т>1,81698 м², то

для женщин, если П_Т<1,60808 м², то

если П_Т>1,60808 м², то

Полное количество кислорода, которое поступает в коронарное русло сердца, равно сумме кислорода, прошедшего по шунтирующим сосудам в венозную дренажную систему сердца, и количества кислорода, оставшегося неиспользованным в обменных капиллярах сердца.

В венулах сердца смешение неиспользованного в капиллярах кислорода с тем его количеством, которое содержит объем шунтирующего потока, как раз составляет величину кислорода, в коронарном синусе сердца.

Вычисляют капиллярный кровоток в сердце

где Q_K - капиллярный кровоток в сердце в мл/мин, 1,355 константа Гюфнера - количество мл кислорода, связываемого одним граммом гемоглобина, Hb - концентрация гемоглобина в крови в г/л, S_VKK - насыщение кислородом крови на венозном конце миокардиального капилляра в %, которое вычисляют по формуле

где S_VKK - насыщение крови кислородом на венозном конце капилляра в миокарде в % или десятичных долях единицы, S_A - насыщение артериальной крови кислородом, % или десятичные доли единицы.

Далее вычисляют величину шунтирующего потока в миокарде

где Q_Ш - шунтирующий поток в миокарде в мл/мин, Q_C - коронарный кровоток в мл/мин, Q_K - капиллярный кровоток миокарда в мл/мин.

Полное количество кислорода, поступающее в коронарный синус, выражают уравнением

где q_O2ks - количество кислорода, оставшегося в крови коронарного синуса после пассажа по коронарному руслу сердца; q_O2vkk - количество кислорода, оставшегося неиспользованным в обменных капиллярах сердца; q_Ш - количество кислорода, поступившего непосредственно в венозный дренаж сердца по шунтирующим метартериолам, минуя обменные капилляры сердца.

Раскрывают члены уравнения (16)

где Q_C - коронарный кровоток, л/мин; S_KS - насыщение кислородом крови коронарного синуса, % или десятичные доли единицы.

Раскрывают следующий член уравнения (16):

где q_O2vkk - количество кислорода, неиспользованного в обменных капиллярах, мл; Q_K - величина капиллярного кровотока в сердце, мл/мин; S_VKK - насыщение кислородом крови на венозном конце обменного капилляра, % или десятичные доли единицы. И последний член уравнения (16)

где q_Ш - количество кислорода, поступающего по шунтирующим метартериолам сразу в венозные коллекторы сердца, минуя обменные капилляры; Q_Ш - величина шунтирующего потока в сердце, мл/мин.

Находят полное количество кислорода, поступившее в сердце

где q - полное количество кислорода, которое поступает в сердце с коронарной кровью; Q_C - коронарный кровоток, мл/мин; Hb - концентрация гемоглобина в крови в г/л; S_A - насыщение артериальной крови кислородом, % или десятичные доли единицы. Подставляют в уравнение (16) уравнения (17)-(20) и получают выражение

где S_KS - насыщение кислородом крови в коронарном синусе, % или десятичных долях единицы; Q_C - коронарный кровоток в мл/мин; S_VKK - насыщение крови кислородом на венозном конце капилляра в миокарде в % или десятичных долях единицы; Q_Ш - шунтирующий поток крови в миокарде в мл/мин; S_A - насыщение артериальной крови кислородом в % или десятичных долях единицы; Q_K - капиллярный кровоток в миокарде в мл/мин

и уравнения (20-21) преобразуют в окончательное выражение

в котором все обозначения те же, что и уравнениях (19)-(20).

Это уравнение используют для оценки насыщения кислородом крови в коронарном синусе сердца. При этом отношения (Q_K/Q_C) и (Q_Ш/Q_C) характеризуют деление коронарного кровотока на его основные части: участвующую в обмене газами и веществом и проходящей через обменные капилляры и участвующей в теплообмене и проходящей по шунтирующим микрососудам.

Примеры использования способа

В таблице приведены исходные данные в первых семи колонках, которые были получены при обследовании больных с диагнозом: Функциональный шум в сердце и у которых во время диагностического зондирования сердца и крупных сосудов не был подтвержден диагноз порока сердца. Поэтому их данные характеризуют кровообращение здорового человека. В других шести колонках приведены значения параметров, производных от данных первых семи, которые отражают тесную взаимосвязь с кровообращением и функцией сердца. Последовательная подстановка этих значений в уравнения дает возможность посредством конечного уравнения (22) вычислить значение насыщения кислородом крови в коронарном синусе S_KS, оттекающей от сердца. Как видно, S_KS варьирует под влиянием изменения независимых аргументов - возраста, пола, величины поверхности тела, а значит, от массы тела и роста обследуемого, концентрации гемоглобина, общего потребления кислорода организмом, минутного объема кровообращения и насыщения кислородом артериальной крови.

Вариации S_KS у мужчин и женщин не совпадают вследствие функциональных, физиологических и антропометрических различий этих групп.

Все эти измерения могут быть осуществлены в стандартно оснащенных лабораториях функциональной диагностики или клинической физиологии.

Источники информации

1. Jaumdally Rami, Varma Chetan, Macfadyen R.J. et al. Coronary sinus blood sampling: an insight into local cardiac pathophysiology and treatment? // European Heart J. - 2007. - V.28. - №8. - P.929-P.940.

2. Crake T., Canepa-Anson R., Shapiro L. et al. Continuous recording of coronary sinus oxygen saturation during atrial pacing in patients with coronary artery disease or with syndrome X // Br Heart J. - 1988. - V.59. - P.31-P.38.

3. Monroe R.G., Gamble W.J., La Farge C.G. et al. Transmural coronary venous O₂ saturations in normal and isolated hearts // Amer. J. Physiolol. - 1975. - V.228. - №1. - P.318-324.

4. Grunewald W.A., Lübbers D.W. Die Bestimmung der intracapillären HbO₂ - Sättigung mit einer kryo-mikrofotometrischen Methode angewandt am Myokard des Kaninchens // Pflügers Arch. - 1975. - Bd.353. - H.3. - S.255-273.

5. Способ определения величины капиллярного кровотока и величины артериоловенулярного шунта: Пат. 2267983 Россия, МПК⁷ A61B 5/02, A61B 5/145, Власов Ю.А., Смирнов С.М., Окунева Г.Н.: ГУ НИИ патол. кровообращ. МЗ РФ. - №2004100454; Заявл. 05.01.04; 20.01.2006. Бюл. №02.

Способ оценки насыщения кислородом крови в коронарном синусе сердца у человека, состоящий в том, что измеряют массу тела (W), рост обследуемого (Н), измеряют общее потребление кислорода организмом (ПО_2ОБЩ), измеряют концентрацию гемоглобина в крови (Hb), измеряют насыщение кислородом артериальной крови (S_A), измеряют величину ударного объема сердца по эхокардиографии, измеряют частоту сердечных сокращений по ЭКГ (ЧСС) и по ним вычисляют величину минутного объема кровообращения; вычисляют площадь поверхности тела -
П_Т=((W^0,425)×(H^0,725)×71,8)/10⁴,
где П_Т - поверхность тела, м²; W - масса тела, кг; Н - рост, см; 10⁴ - коэффициент перевода площади тела, м²;
оценивают величину коронарного кровотока
для мужчин, если П_Т<1,81698 м², то
Q_C=((5,255×(П_Т ^-0,304))/100)×MOK,
где Q_C - коронарный кровоток в мл/мин, МОК - минутный объем кровообращения в мл/мин,
выражение ((5,255ЧП_Т ^-0,304))/100) отражает величину коронарного кровотока в % от МОК; если П_Т>1,81698 м², то
Q_C=((2,0904×(П_Т ^1,2625))/100)×MOK,
выражение ((2,0904×(П_Т ^1,2625))/100) отражает величину коронарного кровотока в % от МОК;
для женщин, если П_Т<1,5185 м², то
Q_C=((5,8812×(П_Т ^-0,6646))/100)×MOK,
выражение ((5,8812×(П_Т ^-0,6646))/100) отражает величину коронарного кровотока в % от МОК; если П_Т>1,5185 и <1,6945 м², то
Q_C=((2,559×(П_Т ^1,3308))/100)×MOK,
выражение ((2,559×(П_Т ^1,3308))/100) отражает величину коронарного кровотока в % от МОК; если П_Т>1,6945 м², то
Q_C=((7,267×(П_Т ^-0,6515))/100)×МОК,
выражение ((7,267×(П_Т ^-6515))/100) отражает величину коронарного кровотока в % от МОК; и если прямо не измерена величина потребления кислорода сердцем у пациента, то ее оценивают у мужчин
ПО_2СЕРД=((9,85459462)/100)×ПО_2ОБЩ;
у женщин
ПО_2СЕРД=((12,4252569)/100)×ПО_2ОБЩ,
где 9,85459462±0,0444% составляет потребление кислорода сердцем от его общего потребления всем организмом у мужчин в возрасте от 15 до 75 лет; у женщин в возрасте от 12 до 65 лет - 12,4252569±0,2526%; ПО_2СЕРД - потребление кислорода сердцем в мл/мин; ПО_2ОБЩ - потребление кислорода организмом человека в мл/мин;
индивидуальную оценку потребления кислорода сердцем получают, используя функцию ПО_2СЕРД % общего ПО₂=f(П_Т),
для мужчин, если П_Т<1,81698 м², то
ПО_2СЕРД=((-3,0422×(П_Т ²)+(10,193×П_Т)+1,2528)/100)×ПО_2ОБЩ,
если П_Т>1,81698 м², то
ПО_2СЕРД=((839,81×(П_Т ⁴)-(6521,8×(П_Т ³))+(18958)×(П_Т ²))-(24447×П_Т)+11810)/100)×ПО_2ОБЩ;
для женщин, если П_Т<1,60808 м², то
ПО_2СЕРД=((6,0349×(П_Т ^l,3661))/100)×ПО_2ОБЩ,
если П_Т>1,60808 м², то
ПО_2СЕРД=((-291,74×(П_Т ²)+(988,85×П_Т)-823,91)/100)×ПО_2ОБЩ;
Q_K - капиллярный кровоток в сердце в мл/мин вычисляют по уравнению
Q_K=(((ПО_2СЕРД)/1,355)/(Hb/1000))+(Hb×S_VKK)/(Hb/1000),
где 1,355 константа Гюфнера - количество,мл,кислорода, связываемого 1 г гемоглобина, Hb - концентрация гемоглобина в крови в г/л, S_VKK - насыщение кислородом крови на венозном конце миокардиального капилляра в % или десятых долях единицы, которое вычисляют по формуле
S_VKK=0,0653×(S_A ^-5,1116),
где S_A - насыщение артериальной крови кислородом, % или десятичные доли единицы; вычисляют величину шунтирующего потока в миокарде Q_Ш в мл/мин:
Q_Ш=Q_C-Q_K,
где Q_C - коронарный кровоток в мл/мин, Q_K - капиллярный кровоток миокарда в мл/мин; и полученные выше значения подставляют в уравнение и находят искомое значение насыщения кислородом крови в коронарном синусе сердца S_KS:
S_KS=((Q_K/Q_C)×((0,0653×(S_A ^-5,1116))/S_A))+(Q_ш/Q_C),
где Q_K - капиллярный кровоток миокарда в мл/мин; Q_C - коронарный кровоток в мл/мин; S_A - насыщение артериальной крови кислородом, % или десятичные доли единицы; Q_Ш - шунтирующий поток в миокарде в мл/мин; 0,0653 и 5,1116 - коэффициенты в уравнении S_VKK=0,0653×(S_A ^-5,1116).