Способ оценки функционального состояния кровообращения в большом, малом и коронарном кругах у человека во время физической нагрузки

Изобретение относится к медицине, а именно кардиологии, кардиохирургии и спортивной медицине, и может быть использовано для оценки функционального состояния кровообращения в большом, малом и коронарном кругах у человека во время физической нагрузки. Для этого учитывают пол обследуемого, возраст, массу тела, рост, измеряют артериальное давление до и во время нагрузки, концентрацию гемоглобина крови перед нагрузкой и сразу после нее, до и во время нагрузки непрерывно регистрируют ЭКГ, находя по ней ЧСС до и на каждой минуте нагрузки, измеряют потребление кислорода организмом обследуемого на каждой минуте нагрузки, задают дозированную физическую нагрузку на велоэргометре. Затем по определенным формулам вычисляют массу сердца и поверхность тела обследуемого, изменение концентраций гемоглобина, величину ударного объема, изменение насыщения артериальной крови кислородом на каждой минуте нагрузки, строят линейную зависимость ЧСС от потребления кислорода на каждой минуте нагрузки, вычисляют среднее насыщение смешанной венозной крови, величину систолического, диастолического и среднего давления в легочной артерии, насыщение крови кислородом на венозном конце капилляра в большом круге кровообращения, насыщение крови в коронарном синусе сердца, метаболическую работу сердца, осуществляют перевод метаболической работы сердца из Дж в потребление кислорода сердцем в мл/мин, вычисляют относительную величину потребления кислорода в % от общего потребления кислорода организмом, текущее значение потребления кислорода сердцем на каждой минуте нагрузки, коронарный кровоток на каждой минуте нагрузки, минутный объем кровообращения в большом круге во время нагрузки, относительную величину коронарного кровотока, коронарный резерв, пересчитывают потребление кислорода сердцем па килограмм его массы, коронарный кровоток на килограмм массы сердца, вычисляют объем всех капилляров в сердце, удельное потребление кислорода миокардом, радиус тканевого цилиндра, плотность капилляров в миокарде, величину капиллярного кровотока в сердце, шунтирующего потока крови в сердце, величину капиллярной фазы и шунтирующего потока в % и минутном объеме большого круга кровообращения, а также их относительные величины в % минутного объема кровообращения в большом круге. Способ позволяет оценить функциональное состояние кровообращения за счет неинвазивной оценки сердечной деятельности, основных параметров газообмена и кровообращения на уровне микроциркуляции у человека во время физической нагрузки на каждой ее минуте. 3 табл., 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области медицины, а именно кардиологии, кардиохирургии, спортивной медицине.

Известно, что работа сердца как физический процесс связана с постоянным потреблением кислорода миокардом. Сердце, используя кислород и субстраты для окисления, поступающие в его сосудистый бассейн, преобразует высвобождаемую при окислении энергию в механическую работу сердечной мышцы. Сердечная мышца благодаря своей конструкции расходует эту энергию на придание крови в сосудистом русле поступательного движения в одном направлении. Действительно, физиологические процессы, непосредственно связанные с систолической функцией (например: напряжение стенки желудочка, ее укорочение, частота, сокращений сердца), - главные детерминанты миокардиального потребления кислорода. Центральная роль миокардиального потребления кислорода в физиологии сердечно-сосудистой системы делает необходимым его атравматичный количественный анализ, который важен и в исследовании сердечнососудистой системы во время физической нагрузки, и в клинической кардиологии, и в спортивной медицине.

По литературным оценкам позитронная эмиссионная томография с использованием ¹¹С-ацетата является точным методом неинвазивного измерения миокардиального потребления кислорода [Gropler R J. Noninvasive measurements of myocardial oxygen consumption - can we do better? J Am Coll Cardiol, 2003; 41:468-470] [1]. Помимо необходимости использовать в этих измерениях радиоактивный препарат ¹¹С-ацетата для регистрации потребленного кислорода, это измерение осуществляют на стационарных громоздких устройствах, которые могут быть размещены только в специально оборудованных помещениях. Поэтому с помощью такого оборудования можно осуществлять ограниченный круг исследований в клинических условиях. При этом оказывается проблематичным совмещение этого метода с другими измерениями функций сердечно-сосудистой системы и общего газообмена при динамических исследованиях физических нагрузок большой мощности. Кроме этого существует необходимость изготовлять препарат ¹¹С-ацетата непосредственно перед исследованием. Технология позитронно-эмиссионной томографии применяется и для исследования эффективности сердечного сокращения [P.Knaapen, Т.Germans, J.Knuuti, W.J.Paulus, P.A.Dijkmans, С.P.Allaart, A.A.Lammertsma, and F.C.Visser. Myocardial Energetics and Efficiency: Current Status of the Noninvasive Approach Circulation, February 20, 2007; 115(7): 918-927] [2]. Но и для этого случая справедливы все перечисленные выше ограничения его применения.

Во время физической нагрузки происходит увеличение артериального давления, всегда доступное для измерения, и увеличение давления в легочной артерии [Ekelund LG, Holmgren A. Central hemodynamics during exercise // Circulation Res. - 1967. - Vol.20, №3. - Suppl.1. - P.1-33 - 1-43] [3]. В спортивной медицине хорошо известно, что максимальное потребление кислорода организмом тесно связано с газообменной легочной функцией, параметрами красной крови, которые доступны для прямых измерений, так же, как измерение минутного объема кровообращения и величины мышечного кровотока [Коц Я.М. Спортивная физиология. Учебник для институтов физической культуры. Под ред. Я.М.Коца. - М: Физкультура и спорт, 1986 г., 160 с. Глава 4. Раздел: Аэробные возможности организма и выносливость] [4]. Существующие клинические протоколы оценки функции сердечно-сосудистой системы у пациентов концентрируют внимание на ограниченном числе параметров сердечной деятельности, таких как элементы систолического комплекса ЭКГ (интервал S-T, зубцы Q, Т), на артериальном давлении, частоте сердечных сокращений (ЧСС) и других клинических параметрах [Gibbons RJ et al. ACC/AHA 2002 Guideline Update for Exercise Testing// Amer Coll Cardiol. - 2002. - P.2-59] [5]. В других руководствах анализируются реакции дыхания на физическую нагрузку, максимальное потребление О₂ оценивается по PWC₁₇₀ [Руководство по клинической физиологии дыхания / Под ред. Л.Л.Шика, Н.Н.Канаева. - Л.: Медицина, 1980. - 376 с. Глава 7. Стр.233-260] [6]. Во всех этих протоколах даются раздельные оценки функциональных характеристик газообмена, деятельности сердца, кровотока в основных кругах кровообращения, организации микроциркуляции в миокарде, последнее, как правило, исследуется в экспериментах на животных. Основные системы массопереноса в организме человека и животного тесно связаны и могут быть выражены аналитическими функциями.

В последние три десятилетия XX века кардиологи перешли к ведению кардиологических пациентов с использованием физических нагрузок от умеренных до энергичных упражнений. Физическую нагрузку у этого контингента пациентов применяют не только для профилактики ишемической болезни сердца, но и как основной компонент лечения после перенесенного инфаркта миокарда, ангиопластики, коронарного шунтирования, трансплантации сердца и врожденных сердечно-сосудистых заболеваний [Shephard RJ, Balady GJ - Exercise as cardiovascular therapy // Circulation - 1999. - V.99; P.963 - P.972] [7]. Известные протоколы физической нагрузки анализируют величину нагрузки, изменения ЧСС, артериального давления, изменения систолического комплекса ЭКГ (положение интервала S-T) и другие параметры, доступные для непосредственной оценки. При этом остается неисследованной взаимосвязь между основными бассейнами кровообращения (большим кругом, малым кругом и коронарным кругом кровообращения). В клинических условиях также не оцениваются изменения, протекающие на уровне микроциркуляции в миокарде и в большом круге кровообращения. Необходимость исследовать эти взаимоотношения на макро- и микроуровне кровообращения у интактного человека во время выполнения физической нагрузки составила предмет настоящего изобретения.

Целью предлагаемого изобретения являются: измерение величины миокардиального кровотока, измерение капиллярного и внекапиллярного кровотока в коронарном бассейне и бассейне большого круга кровообращения, величины потребления кислорода сердцем во время нагрузки, а также оценка величины давления в легочной артерии, плотности капилляров в миокарде, оценка эффективности сердечной деятельности и многих других параметров на каждой минуте нагрузки в конкретном тестовом исследовании работоспособности человека.

Изобретение осуществляется следующим образом. 1) Фиксируют пол обследуемого; 2) фиксируют его точный возраст по дате рождения, возраст выражают в годах в десятичной форме; 3) измеряют массу тела в кг; 4) измеряют рост обследуемого в см; 5) измеряют артериальное давление методом Кроткова на плече до и во время нагрузки - мм рт.ст.; 6) измеряют концентрацию гемоглобина в крови перед нагрузкой и сразу после нагрузки - г/л; 7) измеряют насыщение артериальной крови кислородом с помощью пульс-оксиметра до и во время нагрузки, либо перед нагрузкой и сразу после окончания нагрузки (на последней минуте нагрузки); 8) до и во время нагрузки непрерывно регистрируют электрокардиограмму и по ней находят частоту сердечных сокращений (ЧСС) до и на каждой минуте нагрузки; 9) на газоанализаторе (типа Spirolyt-2; OxyconPro фирмы Eggert) осуществляют измерение потребления кислорода организмом обследуемого на каждой минуте - мл/мин. Дозированная физическая нагрузка задается велоэргометром.

10) Производят оценку массы сердца обследуемого (М_с, кг), используя аллометрические соотношения между массой тела и массой сердца, учитывая пол, по уравнению (1)

,

где M_T - масса тела, кг. Коэффициенты b и k для мужчин и женщин (здоровых и больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями) приводятся в таблице 1

[Власов Ю.А., Волков А.М. Зависимость массы сердца от массы тела у больных с сердечно-сосудистой патологией // Физиология человека. 2004. - Т.30. - №4. - С.62-68] [8].

11) Вычисляют поверхность тела (S_ПТ) по уравнению

, где - М_Т - масса тела, кг; Н - рост, см; 0,00718 - коэффициент перевода площади поверхности тела из см² в м².

12) Вычисляют изменение концентраций гемоглобина на каждой минуте нагрузки

где Hb_i=1 - начальное значение концентрации Hb на 1 минуте нагрузки, Hb_i=n - на последней минуте нагрузки; n - число минут нагрузки. Hb - концентрация гемоглобина в крови, г/л.

Этот пересчет - вынужденная процедура, так как брать кровь для измерения содержания Hb на каждой минуте практически невозможно без нарушения качества выполнения протокола нагрузки. В то же время это необходимо потому, что у человека концентрация Hb во время нагрузки увеличивается к ее концу примерно на 15% [Ceretelli Р, Di Pampero PE. Gas exchange in exercise. In: Handbook of physiology. The Respiratory System. Gas Exchange. Bethesda: Am. Physiol. Soc., 1987, sect. 3, vol. IV] [9].

13) Вычисляют величину ударного объема УО на каждой минуте нагрузки -

где - ПО_2i=1…n потребление кислорода испытуемым на каждой минуте нагрузки, л/мин; УО в мл.

14) Вычисляют по уравнению (5) изменение насыщения артериальной крови кислородом на каждой минуте нагрузки. Это изменение нужно учитывать при точной оценке миокардиальных функций несмотря на его малую величину [Duncer DJ, Bashe RJ. Regulation of coronary blood flow during exercise// Physiol Rev. 2008. - V.88: P.1009-1086 (см. стр.1014)] [10] -

где S_Ai=1 насыщение на первой минуте нагрузки и перед нагрузкой, S_Ai=n - на последней минуте нагрузки; n - число минут нагрузки.

15) Строят линейную зависимость частоты сердечных сокращений ЧСС_i=1,…n от ПО_2I=1,…n - как показано на Фиг.1 (Леонов, возраст - 15 лет, рост 184 см; масса тела 66 кг, масса сердца 0,263789 кг; поверхность тела 1,868201 м², удельное ПO2 38,45375 моль/м³·сек) и Фиг.2 - (Ка-тин, возраст - 75 лет, рост 173 см; масса тела 74 кг, масса сердца 0,262497 кг; поверхность тела 1, 875562 м², удельное ПO2 33,419975 моль/м³·сек)

,

где ЧСС на каждой минуте нагрузки, уд/мин, ПО_2I=1,…n - потребление кислорода организмом на каждой минуте, л/мин, по этому уравнению находят коэффициенты - а и k.

16) Вычисляют среднее насыщение смешанной венозной крови по уравнению -

,

где S_A - насыщение артериальной крови кислородом; 0,12 - насыщение крови кислородом на венозном конце капилляра в большом круге кровообращения; значения коэффициента k и значение коэффициента а по уравнению (6); 'ПО_2I=1,…n - потребление кислорода организмом на каждой минуте нагрузки, мл/мин.

17) Вычисляют величину систолического, диастолического и среднего давления в легочной артерии по уравнению -

,

где S_MV - среднее насыщение смешанной венозной крови, а и b - коэффициенты, приведенные в таблице 2, где представлена зависимость давления в легочной артерии ЛА, мм от S_V у здоровых лиц и больных с сердечно-сосудистой патологией рт.ст.

Здесь и далее все величины насыщения крови кислородом даны не в %, а в десятичных долях единицы.

В таблице 2 приведены коэффициенты для здоровых мужчин и женщин и для основных групп больных с сердечно-сосудистой патологией.

18) Вычисляют насыщение крови кислородом на венозном конце капилляра в большом круге кровообращения -

,

где S_A - насыщение артериальной крови кислородом.

19) Вычисляют насыщение кислородом крови в коронарном синусе сердца -

,

где Hb - концентрация гемоглобина в крови, г/л.

Либо вычисляют вторым способом S_KS [Способ оценки насыщения кислородом крови в коронарном синусе у человека. Власов Ю.А., заявка №2010113423 от 06.04.2010, решение о выдаче патента от 12 апреля 2011 г.] [11] -

,

где Hb - концентрация гемоглобина в крови, г/л; S_A - насыщение артериальной крови кислородом; AV - артериовенозная разность кислорода по миокарду, мл/л; 1,355 - константа Гюфнера.

20) Вычисляют метаболическую работу сердца -

где - МРС - метаболическая работа сердца в Дж; (В) - возраст, лет; (M_C) - масса сердца, кг; ЧСС, уд/мин.

Осуществление перевода метаболической работы сердца из Дж в потребление кислорода сердцем в мл/мин -

,

где - (0,238845896) коэффициент перевода Дж в ккал; (3,82137+1,224802*0,7) - оценка калорической стоимости литра потребленного кислорода для дыхательного коэффициента сердца, равного 0,7.

Вычисление относительной величины ПO_2C, выраженной в процентах от общего потребления кислорода организмом -

,

где ПO_2СЕРД, эквивалентное всей метаболической работе сердца, в мл/мин; 'ПО_2I=1,…n - потребление кислорода организмом на каждой минуте нагрузки, мл/мин. В дальнейших выражениях эта величина используется выраженной в десятичных долях единицы.

21) Вычисляют текущее значение потребления кислорода сердцем на каждой минуте нагрузки -

где - ПО_{2С(НАГР)i=1…n} - потребление кислорода сердцем на каждой минуте нагрузки, мл/мин; L5 - потребление кислорода организмом на каждой минуте нагрузки, мл/мин; ПО_2СЕР% - постоянная доля кислорода, которую забирает сердце из общего потребления кислорода организмом. Эта величина индивидуальна для каждого обследуемого субъекта и находится по уравнениям (12-13).

22) Вычисляют коронарный кровоток на каждой минуте нагрузки -

,

где - Q_Ci=1…n - коронарный кровоток на каждой минуте нагрузки, л/мин; ПО_2C(НАГР) - потребление кислорода сердцем на каждой минуте нагрузки, мл/мин; S_A - насыщение артериальной крови кислородом; S_KS - насыщение кислородом крови в коронарном синусе сердца; 1,355 - константа Гюфнера; Hв_i=1…n - концентрация Нв в крови на каждой минуте нагрузки.

23) Вычисляют минутный объем кровообращения в большом круге во время нагрузки -

,

где МОК_НАГР - минутный объем кровообращения в большом круге кровообращения во время нагрузки, л/мин; ЧСС, уд/мин; УО, мл; деление на 1000 - перевод размерности из мл/мин в л/мин;

24) Вычисляют относительную величину коронарного кровотока -

,

где Q_C(%МОК) - относительный коронарный кровоток; Q_Сi=1…n - коронарный кровоток, л/мин; МОК_НАГР - минутный объем кровообращения, л/мин.

25) Вычисляют коронарный резерв [патент RU №2265852 С2. Способ определения коронарного резерва сердца. Власов Ю.А., Окунева Г.Н. Опубликовано: 10.12.2005. Бюл. №34] [12].

При условии, что Нв<150 г/л -

,

где ПО_{2С(НАГР)}, мл/мин; 'ПО_2I=1,…n - потребление кислорода организмом на каждой минуте нагрузки, мл/мин; S_A - насыщение артериальной крови кислородом; S_MV - насыщение смешанной венозной крови; S_KS - насыщения кислородом крови в коронарном синусе сердца.

При условии, что Нв>150 г/л -

где все обозначения такие, как и в уравнении (18).

26) Пересчитывают потребление кислорода сердцем на килограмм его массы -

,

где М_C - масса сердца обследуемого субъекта, кг; ПО_2C - мл/мин; ПО_2С(КГ) - мл/(кг·мин).

27) Пересчитывают коронарный кровоток на килограмм массы сердца в мл/(кг·мин) -

.

С помощью выражений (20), (21) находят величину артериовенозной разности для миокарда обследуемого субъекта (мл_(О2)/л_(крови)) -

.

Эта величина используется для уточнения второго вычисления значения S_KS в уравнении (10а).

27) Вычисляют объем всех капилляров в сердце в мл -

где (AV) - артериовенозная разность кислорода в миокарде, которая соответствует величине потребленного миокардом кислорода из одного литра крови миокардиальной массой, равной одному килограмму. Эта величина, умноженная на массу сердца - (М_С), выражает количество кислорода, потребленного миокардом из его капилляров. Второй член суммы в выражении (23) показывает количество кислорода, оставшегося неиспользованным в капиллярах; Hb - концентрация гемоглобина в крови; 1,355 - коэффициент Гюфнера; (Hb)/1000 - количество Нв, которое содержит 1 мл крови.

28) По способу, описанному в патенте RU 2375968; Способ оценки капиллярного русла сердца у человека. Власов Ю.А., Смирнов С.М. [20.12.2009, бюл. №35], вычисляют удельное потребление кислорода миокардом -

где ПО_{2СЕРД(УД)} - моль/м³/с; ПО_2I=1,…n - общее потребление кислорода организмом на каждой минуте нагрузки, мл/мин; (В) - возраст, лет; (М_Т) - масса тела субъекта, кг; 1,895; 0,251; 1000; 86,066; 1,229 - коэффициенты.

29) Вычисляют радиус тканевого цилиндра -

,

где R_ТЦ - радиус тканевого цилиндра, мкм.

30) Вычисляют плотность капилляров в миокарде -

31) Вычисляют величину капиллярного кровотока в сердце (в мл/мин) -

,

где - ПО_{2С(НАГР)}; 1,355 - коэффициент Гюфнера; Hb, г/л; 0,0329 - насыщение кислородом крови на венозном конце миокардиального капилляра.

32) Вычисляют величину шунтирующего потока крови в сердце (в мл/мин) -

,

где Q_Ci=1…n, коронарный кровоток, л/мин; Q_CAP - капиллярный кровоток в сердце, мл/мин.

33) Вычисляют величину (капиллярной фазы и шунтирующего потока, в % объема коронарного кровообращения) -

,

где Q_CAP - капиллярная фаза коронарного кровообращения, мл/мин;

Q_Ci=1…n - общий коронарный кровоток, л/мин.

,

где Q_Ш - величина шунтирующего потока крови в сердце (в мл/мин);

Q_Сi=1…n - общий коронарный кровоток, л/мин.

34) Вычисляют величину капиллярной фазы и шунтирующего потока в минутном объеме большого круга кровообращения -

,

где - Q_С(БК) - капиллярная фаза в большом круге кровообращения, мл/мин; ПО_2I=1,…n - потребление организмом кислорода на каждой минуте нагрузки; Hb - концентрация гемоглобина на каждой минуте нагрузки; 0,1287 - насыщение кислородом крови на венозном конце капилляра.

,

где Q_Ш(БК) - шунтирующий поток в большом круге кровообращения, мл/мин; МОК_НАГР - минутный объем кровообращения на каждой минуте нагрузки, л/мин; Q_С(БК) - капиллярная фаза в большом круге кровообращения, мл/мин.

35) Вычисляют относительные величины (капиллярной фазы и шунтирующего потока, в % минутного объема кровообращения в большом круге) -

.

Относительная величина шунтирующего потока -

.

Пример использования предложенного способа.

Произведена оценка основных параметров кровообращения в большом круге и коронарном круге кровообращения и величины систолического давления в легочной артерии у двух здоровых мужчин:

- Леонов, возраст - 15 лет, рост 184 см; масса тела 66 кг, масса сердца 0,263789 кг; поверхность тела 1,868201 м², удельное ПО2 38,45375 моль/м³·сек; и

- Ка-тин, возраст -75 лет, рост 173 см; масса тела 74 кг, масса сердца 0,262497 кг; поверхность тела 1, 875562 м², удельное ПО2 33,419975 моль/м³·сек.

Результаты приведены в таблице 3.

Обозначения столбцов в таблице 3

Hb - гемоглобин

ЧСС - частота сердечных сокращений

ПО₂ - потребление кислорода

% Hb арт. - степень насыщения артериальной крови кислородом

% Hb ксин - насыщение крови кислородом в коронарном синусе сердца

% Hb см.вен - насыщение кислородом смешанной венозной крови

% Hb vkk - насыщение кислородом на венозном конце капилляра

ЛАС - систолическое давление в легочной артерии (мм рт.ст.)

% Hb кс по столбцу АВРО₂ - насыщение крови кислородом в коронарном синусе, вычисленное по данным столбца АВРО₂ (л/кг)

МРС - метаболическая работа сердца (Дж)

ПО₂ серд - потребление кислорода сердцем (мл/мин)

АДС - систолическое артериальное давление

ПО2с, % % ПО₂ нагр - потребление кислорода сердцем в % от общего потребления организмом кислорода при нагрузке

ПО₂ с нагр. - потребление кислорода сердцем с нагрузкой (мл/мин)

Кор. кров коронарный кровоток сердца (л/мин)

МОКН - минутный объем кровообращения во время нагрузки (л/мин)

КК, % МОКН - коронарный кровоток сердца - % от минутного объема кровообращения во время нагрузки

Корон. резерв - коронарный резерв сердца (Нв<150 г/л) (Нв>150 г/л)

ПО₂ сердц. - потребление кислорода сердцем (мл/кг мин)

Кор. кров. - коронарное кровообращение сердца (л/кг мин)

АВРО₂ - артериовенозная разность кислорода по сердцу

Объем всех кап.- объем всех капилляров сердце (мл)

То же на кг - объем капилляров в 1 кг массы сердца

ПО₂ организм. - потребление кислорода всем организмом

ПО₂ удельное - удельное потребление кислорода сердцем (моль/м³·сек)

Ткан. цилиндр - радиус тканевого цилиндра (мкм)

Плотн. капил. - плотность капилляров (1/мм²)

Кап кров. сер. - капиллярный кровоток сердца (мл/мин)

Шунт сер - шунтирующий кровоток в сердце (мл/мин)

Кап кров сер % кор кров - капиллярный кровоток в сердце % капиллярного кровотока

Шунт сер % кор кров - шунтирующий кровоток в сердце % капиллярного кровотока

Кап. кров БК - капиллярный кровоток большого круга (мл/мин)

Шунт БК - шунтирующий кровоток большого круга (мл/мин)

Кап. кров БК % МОК - капиллярный кровоток большого круга кровообращения % от минутного объема кровообращения

Шунт БК % МОК - шунтирующий кровоток большого круга кровообращения % от минутного объема кровообращения

Из анализа приведенных результатов следует, что с возрастом происходит уменьшение ударного объема сердца, уменьшение величины насыщения кислородом смешанной венозной крови большого круга и увеличение насыщения кислородом крови в коронарном синусе сердца, но в разной степени у молодого и пожилого обследуемого. Пропорционально насыщению смешанной венозной крови в большом круге увеличивается систолическое давление в легочной артерии у 15-летнего до 48 мм рт.ст. на 16 минуте нагрузки, у 75-летнего до 44 мм рт.ст. на 7 минуте нагрузки. У 15-летнего обследуемого миокард отбирает 10,79% кислорода из общего потребления кислорода организмом, у 75-летнего - 9,78%. У молодого к концу нагрузки коронарный кровоток увеличивается до 2,6 л/мин, у пожилого только до 1 л/мин. У молодого обследуемого плотность капилляров в сердце во время нагрузки увеличивается от 3676 до 21178 1/мм², у пожилого от 3990 до 12882 1/1/мм². Во время нагрузки в большом круге кровообращения происходит увеличение в 10 раз капиллярного кровотока у 15-летнего обследуемого и только в 7 раз у пожилого человека. В коронарном бассейне при нагрузке происходит снижение капиллярного кровотока при одновременном увеличении шунтирующего потока.

Таким образом, предложенный способ оценки основных параметров кровообращения и газообмена человека во время нагрузки позволяет осуществлять параллельную оценку на разных структурных уровнях организма.

Источники информации

1. Gropler R J. Noninvasive measurements of myocardial oxygen consumption - can we do better? J Am Coil Cardiol, 2003; 41:468-470.

2. P.Knaapen, T.Germans, J.Knuuti, W.J.Paulus, P.A.Dijkmans, C.P.Allaart, A.A.Lammertsma, and F.C.Visser Myocardial Energetics and Efficiency: Current Status of the Noninvasive Approach Circulation, February 20, 2007; 115(7): 918-927.

3. Ekelund LG, Holmgren A. Central hemodynamics during exercise // Circulation Res. - 1967. - Vol.20, №3. - Suppl.1. - P.1-33 - 1-43.

4. Коц Я.М. Спортивная физиология. Учебник для институтов физической культуры / Под ред. Я.М.Коца. - М.: Физкультура и спорт, 1986 г., 160 с. Глава 4. Раздел: Аэробные возможности организма и выносливость.

5. Gibbons RJ et al. ACC/AHA 2002 Guideline Update for Exercise Testing // Amer Coll Cardiol. - 2002. - P.2-59.

6. Руководство по клинической физиологии дыхания / Под ред. Л.Л.Шика, Н.Н.Канаева. - Л.: Медицина, 1980. - 376 с. Глава 7. Стр.233-260.

7. Shephard RJ, Balady GJ. Exercise as cardiovascular therapy // Circulation - 1999. - V.99; P.963 - P.972.

8. 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.

9. Ceretelli P, Di Pampero PE. Gas exchange in exercise. In: Handbook of physiology. The Respiratory System. Gas Exchange. Bethesda: Am. Physiol. Soc., 1987, sect. 3, vol. IV.

10. Duncer DJ, Bashe RJ. Regulation of coronary blood flow during exercise // Physiol Rev. 2008. - V.88: P.1009-1086 (см. стр.1014).

11. Способ оценки насыщения кислородом крови в коронарном синусе у человека. Власов Ю.А. Приоритетная справка №2010113423 от 06.04.2010, решение о выдаче патента от 12 апреля 2011 г.

12. Патент РФ 2375968. Способ оценки капиллярного русла сердца у человека. Власов Ю.А., Смирнов С.М. 20.12.2009, бюл. №35.

Способ оценки функционального состояния кровообращения в большом, малом и коронарном кругах у человека во время физической нагрузки, состоящий в том, что 1) фиксируют пол обследуемого; 2) фиксируют его точный возраст по дате рождения, а возраст выражают в годах в десятичной форме; 3) измеряют массу тела в кг; 4) измеряют рост обследуемого в см; 5) измеряют артериальное давление методом Короткова на плече до и во время нагрузки в мм рт. ст.; 6) измеряют концентрацию гемоглобина в крови перед нагрузкой и сразу после нагрузки - г/л; 7) измеряют насыщение артериальной крови кислородом с помощью пульс-оксиметра до и во время нагрузки либо перед нагрузкой и сразу после окончания нагрузки (на последней минуте нагрузки); 8) до и во время нагрузки непрерывно регистрируют электрокардиограмму и по ней находят частоту сердечных сокращений (ЧСС) до и на каждой минуте нагрузки; 9) на газоанализаторе (типа Spirolyt - 2; OxyconPro фирмы Eggert) осуществляют измерение потребления кислорода организмом обследуемого на каждой минуте - мл/мин; 10) задают выбранную дозированную физическую нагрузку на велоэргометре;
11) производят оценку массы сердца обследуемого (Мс, кг), используя аллометрические соотношения между массой тела и массой сердца, учитывая пол, по уравнению (1)

где M_Т - масса тела, кг; коэффициенты b и k для мужчин и женщин (здоровых и больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями) берут в таблице 1;
вычисляют поверхность тела (S_ПТ) по уравнению
,
где М_Т - масса тела, кг;
Н - рост, см; 0,00718 - коэффициент перевода площади поверхности тела из см² в м²;
вычисляют изменение концентраций гемоглобина на каждой минуте нагрузки

где Нb_i=1 - начальное значение концентрации Hb на 1 минуте нагрузки; Hb_i=n - на последней минуте нагрузки; n - число минут нагрузки; Hb - концентрация гемоглобина в крови, г/л;
вычисляют величину ударного объема на каждой минуте нагрузки

где ПO_2i=1…n - потребление кислорода испытуемым на каждой минуте нагрузки, л/мин; УО в мл;
вычисляют по уравнению (5) изменение насыщения артериальной крови кислородом на каждой минуте нагрузки

где S_Ai=1 насыщение на первой минуте нагрузки и перед нагрузкой, S_Ai=n на последней минуте нагрузки; n - число минут нагрузки;
строят линейную зависимость ЧCC_i=1,…n от ПO_2I=1…n
,
где ЧСС на каждой минуте нагрузки уд/мин, ПO_2I=1,…n - потребление кислорода организмом на каждой минуте, л/мин, по этому уравнению находят коэффициенты «а» и «k»;
вычисляют среднее насыщение смешанной венозной крови по уравнению
,
где S_A - насыщение артериальной крови кислородом; 0,12 - насыщение крови кислородом на венозном конце капилляра в большом круге кровообращения; значения коэфициента «k» и значение коэффициента «а» по уравнению (6); 'ПО_2I=1,…n - потребление кислорода организмом на каждой минуте нагрузки, мл/мин;
вычисляют величину систолического, диастолического и среднего давления в легочной артерии по уравнению
,
где S_MV - среднее насыщение смешанной венозной крови, а и b - коэффициенты, приведенные в таблице 2;
вычисляют насыщение крови кислородом на венозном конце капилляра в большом круге кровообращения
,
где S_A - насыщение артериальной крови кислородом;
вычисляют насыщение кислородом крови в коронарном синусе сердца
,
где Hb - концентрация гемоглобина в крови, г/л;
либо вычисляют вторым способом S_KS
,
где Hb - концентрация гемоглобина в крови, г/л; S_A - насыщение артериальной крови кислородом; AV - артериовенозная разность кислорода по миокарду, мл/л; 1,355 - константа Гюфнера;
вычисляют метаболическую работу сердца

где МРС - метаболическая работа сердца в Дж; (В) - возраст, лет; (M_C) - масса сердца, кг; ЧСС, уд/мин;
осуществляют перевод метаболической работы сердца из Дж в потребление кислорода сердцем в мл/мин
,
где (0,238845896) - коэффициент перевода Дж в ккал; (3,82137+1,224802*0,7) - оценка калорической стоимости литра потребленного кислорода для дыхательного коэффициента сердца, равного 0,7;
вычисляют относительную величину ПО_2C, выраженной в процентах от общего потребления кислорода организмом
,
где ПО_{2C -} эквивалентное всей метаболической работе сердца, мл/мин; ПO_2I=1,…n - потребление кислорода организмом на каждой минуте нагрузки, мл/мин, в дальнейших выражениях эту величину используют, выраженной в десятичных долях единицы;
вычисляют текущее значение потребления кислорода сердцем па каждой минуте нагрузки

где ПO_{2С(НАГР)i=1…n} - потребление кислорода сердцем на каждой минуте нагрузки, мл/мин;
ПO_2I=1,…n - потребление кислорода организмом на каждой минуте нагрузки, мл/мин;
вычисляют коронарный кровоток на каждой минуте нагрузки
,
где Q_Ci=1…n - коронарный кровоток на каждой минуте нагрузки, л/мин; ПО_2C(НАГР) - потребление кислорода сердцем на каждой минуте нагрузки, мл/мин; S_A - насыщение артериальной крови кислородом; S_KS - насыщение кислородом крови в коронарном синусе сердца; 1,355 - константа Гюфнера; Нв_i=1…n - концентрация Нв в крови на каждой минуте нагрузки;
вычисляют минутный объем кровообращения в большом круге во время нагрузки
,
где МОК_НАГР - минутный объем кровообращения в большом круге кровообращения во время нагрузки, л/мин; ЧСС, уд/мин; УО, мл; деление на 1000 - перевод размерности из мл/мин в л/мин;
вычисляют относительную величину коронарного кровотока
,
где Q_C(%МОК) - относительный коронарный кровоток; Q_Ci=1…n - коронарный кровоток, л/мин; МОК_НАГР - минутный объем кровообращения, л/мин;
вычисляют величину коронарного резерва
при условии, что Нв<150 г/л
,
где ПО_{2С(НАГР)}, мл/мин; 'ПО_2I=1,…n - потребление кислорода организмом на каждой минуте нагрузки, мл/мин; S_A - насыщение артериальной крови кислородом; S_MV - насыщение смешанной венозной крови; S_KS - насыщение кислородом крови в коронарном синусе сердца;
при условии, что Нв>150 г/л

где все обозначения такие, как и в уравнении (18);
пересчитывают потребление кислорода сердцем на килограмм его массы
,
где М_C - масса сердца обследуемого субъекта, кг; ПО_2C - мл/мин; ПО_2C(КГ) - мл/(кг мин);
пересчитывают коронарный кровоток на килограмм массы сердца в мл/(кг мин)
,
где Q_Сi=1…n - коронарный кровоток на каждой минуте нагрузки; M_С - масса сердца в кг;
с помощью выражений (20-21) находят величину артериовенозной разности для миокарда обследуемого субъекта (мл_(О2)/л_(крови))
,
где AV - артериовенозная разность по кислороду для миокарда, ПО_2С(КГ) - потребление кислорода одним кг массы сердца, Q_{С(KГ)i=1…n} - величина коронарного кровотока в одном кг массы сердца; эта величина используется для уточнения второго вычисления значения S_KS в уравнении (10а);
вычисляют объем всех капилляров в сердце в мл
,
где (AV) - артериовенозная разность кислорода в миокарде, эта величина, умноженная на массу сердца - (М_C), выражает количество кислорода потребленного миокардом из его капилляров; второй член суммы в выражении (23) показывает количество кислорода, оставшегося неиспользованным в капиллярах; Hb - концентрация гемоглобина в крови; 1,355 - коэффициент Гюфнера; (Hb)/1000 - количество Нв, которое содержит 1 мл крови;
вычисляют удельное потребление кислорода миокардом

где ПО_{2СЕРД(УД)} - моль/м³/с; ПO_2I=1,…n - общее потребление кислорода организмом на каждой минуте нагрузки мл/мин; (В) - возраст, лет; (M_T) - масса тела субъекта, кг; 1,895; 0,251; 1000; 86,066; 1,229 - коэффициенты; вычисляют радиус тканевого цилиндра
,
где R_ТЦ - радиус тканевого цилиндра, мкм; ПО_{2СЕРД(УД)} - моль/м³/с;
вычисляют плотность капилляров в миокарде

где N_CAP - вычисляют плотность капилляров в миокарде, 1/мм²; R_ТЦ - радиус тканевого цилиндра, мкм;
вычисляют величину капиллярного кровотока в сердце (в мл/мин)

где Q_CAP - величина капиллярного кровотока в сердце (в мл/мин); ПO_2C(НАГР) - потребление кислорода сердцем во время нагрузки; 1,355 - коэффициент Гюфнера; Нb, г/л; 0,0329 - насыщение кислородом крови на венозном конце миокардиального капилляра;
вычисляют величину шунтирующего потока крови в сердце (в мл/мин)
,
где Q_Ш - шунтирующий поток крови в сердце (в мл/мин); Q_Ci=1…n, коронарный кровоток, л/мин; Q_CAP - капиллярный кровоток в сердце, мл/мин;
вычисляют величину (капиллярной фазы и шунтирующего потока, в % объема коронарного кровообращения)
,
где Q_C% - капиллярная фаза в % объема коронарного кровообращения; Q_CAP - капиллярная фаза коронарного кровообращения, мл/мин; Q_Ci=1…n - общий коронарный кровоток, л/мин;
,
где Q_Ш% - шунтирующий поток, в % объема коронарного кровообращения;
Q_Ш - величина шунтирующего потока крови в сердце (в мл/мин); Q_Ci=1…n - общий коронарный кровоток, л/мин;
вычисляют величину капиллярной фазы и шунтирующего потока в минутном объеме большого круга кровообращения

где Q_C(БК) - капиллярная фаза в большом круге кровообращения, мл/мин; ПO_2I=1,…n - потребление организмом кислорода на каждой минуте нагрузки; Нb - концентрация гемоглобина на каждой минуте нагрузки; 0,1287 - насыщение кислородом крови на венозном конце капилляра;
,
где Q_Ш(БК) - шунтирующий поток в большом круге кровообращения, мл/мин; МОК_НАГР - минутный объем кровообращения на каждой минуте нагрузки, л/мин; Q_С(БК) - капиллярная фаза в большом круге кровообращения, мл/мин;
вычисляют относительные величины капиллярной фазы и шунтирующего потока, в % минутного объема кровообращения в большом круге
,
где Q_C%(БК) - капиллярная фаза в % минутного объема кровообращения в большом круге; Q_C(БК) - капиллярная фаза в большом круге кровообращения, мл/мин; МОК_НАГР - минутный объем кровообращения на каждой минуте нагрузки;
вычисляют относительную величину шунтирующего потока
,
где Q_Ш%(БК) - шунтирующий поток, в % минутного объема кровообращения в большом круге; Q_Ш(БК) - шунтирующий поток в большом круге кровообращения, мл/мин; МОК_НАГР - минутный объем кровообращения на каждой минуте нагрузки.