способ определения метаболического и функционального резерва головного мозга во время кардиохирургической операции

Формула изобретения

Способ определения метаболического и функционального резерва головного мозга во время кардиохирургической операции, включающий измерение концентрации глюкозы артериальной крови и венозной крови из внутренней яремной вены, отличающийся тем, что величину потребления глюкозы по артериовенозной разности выражают в процентах от исходной стандартной величины 1,447 ммоль/л, определяют исходное потребление кислорода на основании данных о массе тела больного, определяют текущую величину потребления кислорода головным мозгом на этапах охлаждения как

ПО_2М=ПО_2М(исх) · Г_л,

где Г_л=[Г_изм]/[Г_{л станд} ],

[Г_изм] - измеренная концентрация глюкозы;

[Г_{л станд}] - исходная стандартная величина глюкозы 1,447 ммоль/л;

ПО_2м(исх) - исходная величина потребления кислорода,

и по разности между исходной величиной потребления кислорода и текущей судят о величине метаболического и функционального резерва мозга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, а именно к способам оценки метаболической активности головного мозга больных, находящихся в экстремальном состоянии во время выполнения кардиохирургической операции.

Во время кардиохиругической операции необходимо точно оценивать степень метаболической активности головного мозга больного, так как эта оценка является важным элементом осуществления общего обезболивания организма больного. Роль такой оценки возрастает у больных, подвергающихся операциям по поводу нарушения мозгового кровообращения.

Такая оценка необходима для того, чтобы иметь хорошо аргументированное представление о метаболическом резерве головного мозга на основном этапе выполняемой операции.

Известны следующие косвенные способы оценки метаболической активности головного мозга:

По регистрации элетрофизиологических параметров, в частности по электроэнцефалограмме (ЭЭГ). Существенным недостатком этих способов является констатация перехода критических метаболических (энергетических) порогов головного мозга, тогда как необходимо заранее распознать приближение к метаболическим порогам. Даже более подробная динамика изменений ЭЭГ по ходу выполнения операции не может заменить точного знания величины потребления кислорода головным мозгом больного [Литасова, Верещагин, Храпов и др., 1984; см. стр.32-34].

Известны точные способы измерения потребления О₂ головным мозгом с помощью инертных газов - N₂O [Kety & Schmidt, 1945], либо криптона или ксенона (подробные ссылки см. Фолков Б., Нил Э. Кровообращение. М.: Медицина, 1976 г. - 463 с. стр.347-348). Этот способ обладает тем недостатком, что он требует одновременного отбора проб крови из артерии и вены на газовый анализ до равного достижения насыщения артериальной, венозной крови и ткани мозга, что занимает примерно 10 минут времени. Применение этого способа в условиях хирургического вмешательства полностью утрачивает оперативность и в лучшем случае он может быть использован однократно. Несмотря на высокую точность получаемых изменений кровотока, этот способ не годится для мониторинга метаболического состояния головного мозга больного. Газовый анализ проб крови, содержащей закись азота, требует больших интервалов времени, а использование радиоактивных меток, возможно, при наличии специальной измерительной техники, применить которую в операционной палате проблематично.

Установлено, что главным субстратом, который использует мозг для окислительного фосфорилирования, является глюкоза. Выполненные в прошлом веке прямые исследования потребления головным мозгом человека глюкозы и кислорода [Himwich, 1951] показали, что весь потребляемый кислород расходуется головным мозгом на окисление глюкозы. Уменьшение содержания глюкозы в крови при инсулиновой гипогликемии сопровождается резким падением артериовенозной разности по кислороду с 6,8 до 1,8 об%.

В других исследованиях был показан параллелизм между уменьшением артериовенозной разности по кислороду и глюкозе [Мак Ильвейн, 1962] (см. стр.22-34). Все это позволило сделать общепризнанный вывод - глюкоза является главным субстратом энергетического обмена мозга [Владимиров, Пантелеева, 1965] (см. стр.165-174).

Исследования, выполненные на интактном человека, с применением ¹³³Х и радиоактивной глюкозы, показали, что при активном состоянии головного мозга параллельно увеличению кровотока увеличивается и потребление глюкозы головным мозгом ([Ingvar D.H. Functional landscapes of the dominant hemisphere //Brain Res. - 1976. - V.107. - P.181], цитировано по [Физиология человека. Ред. Р.Шмидт, Г.Тевс. Том I. М.: Мир, 1996. - 321 с., см. стр.141-142]).

В условиях перфузионной гипотермии для оценки состояния головного мозга у детей было использовано отношение артериовенозной разности по кислороду к артериовенозной разности по глюкозе головного мозга на этапах охлаждения пациента [Pigula F.A., Siewers R.D., Nemoto E.M. Hypotermic cardiopulmonary bypass alters oxygen/glucose uptake in the pediatric brain // J.Thorac Cardiovasc. Surg. - 2001. - V.121. - №2. - P.366-373]. Однако это отношение не дает полной оценки масштабов метаболизма.

Приведенные выше факты дают основание использовать измерение потребления глюкозы в качестве прямого индикатора потребления мозгом кислорода у больных во время выполнения кардиохирургических операций и в других экстремальных состояниях. В качестве такого индикаторного параметра может быть взята артериовенозная разность по глюкозе. Используя свойство константности субстратного обеспечения головного мозга в широком спектре функциональных состояний организма, можно полагать, что стандартная величина потребления мозгом кислорода в интактных условиях, вычисленная по величине артериовенозной разности по глюкозе, может быть принята как начальная стартовая величина. Все последующие измерения артериовенозной разности глюкозы на различных этапах кардиохирургического лечения больного выражаются в % от этой стандартной начальной величины.

На протяжении всего исследования артериовенозная разность по глюкозе измеряется и ее изменения выражаются в % исходной величины, в качестве которой было взято значение 1,447 ммоль/л [Владимиров, Пантелеева, 1965]. Поскольку изменения потребления мозгом глюкозы и кислорода тесно взаимосвязаны и происходят параллельно, то во сколько раз уменьшилось или увеличилось потребление мозгом глюкозы (которая определяется прямо), во столько раз уменьшилось или увеличилось потребление мозгом кислорода.

Эта тесная связь между потреблением глюкозы и потреблением кислорода дают возможность по изменениям содержания глюкозы и содержания кислорода в притекающей к мозгу артериальной крови и в оттекающей от мозга венозной крови из внутренней яремной вены вычислить потребление мозгом кислорода.

Начальная величина потребления мозгом кислорода вычислялась по уравнению

- где

В этих уравнениях коэффициенты для мальчиков а=4,462891; b=-1,134006; с=0,0289038; d=0,0738352; для девочек а=4,453301; b=-1,743535; с=0,025856; d=0,056166. Уравнения и коэффициенты взяты из [Литасова, Власов, Окунева и др. - Клиническая физиология искусственной гипотермии. Новосибирск: Наука, 1997. - 564 с., см. стр.232-243].

Умножая полученную величину потребления мозгом кислорода в интактном состоянии на изменение артериовенозной разности по глюкозе, выраженную в % от ее начальной, стандартной величины - 1,447 ммоль/л, получаем величины потребления мозгом кислорода. Разность между величиной метаболизма мозга в интактном состоянии и в экстремальном состоянии отражает величину его функционального резерва.

Целью предлагаемого изобретения является объективная и точная оценка метаболизма головного мозга, его функционального резерва во время выполнения кардиохирургической операции.

Способ осуществляется следующим образом.

1. По массе тела больного (М_т) по уравнению (1) вычисляется масса мозга (М_m).

2. По массе мозга вычисляется его исходное потребление кислорода по уравнению (2).

3. Измеряется насыщение крови кислородом, взятой из артерии и внутренней яремной вены.

4. В этих же пробах крови измеряется концентрация глюкозы. И по разности содержания глюкозы в артерии и внутренней яремной вены определяется потребление глюкозы головным мозгом в данном состоянии.

5. Измеренное потребление глюкозы сравнивается с его стандартной величиной в интактном состоянии больного (до хирургического вмешательства). По отношению найденного потребления глюкозы к стандартному - Гл=[Гл_изм.]/[Гл_станд.] находят ПО _2м в текущем состоянии -

6. По измеренным значениям насыщения крови кислородом в артерии и внутренней яремной вене и по найденному текущему значению ПО_2м по формуле А.Фика вычисляют текущую величину минутного кровотока по головному мозгу (общий кровоток мл/мин и удельный на 100 грамм массы мозга - мл/(100 г мин)). В качестве интегральной величины насыщения кислородом венозной крови, оттекающей от головного мозга, могут быть использованы данные, полученные с помощью инфракрасного краниоцеребрального оксиметра.

7. По разности между исходной величиной потребления кислорода и текущей судят о величине сохранившегося метаболического резерва головного мозга и таким образом оценивается степень удаленности метаболизма от критических энергетических порогов.

8. Для раздельного оценивания метаболизма правого и левого полушарий потребление глюкозы измеряется отдельно для правого и для левого полушария. С этой целью берется одна проба артериальной крови и отдельно пробы крови из правой яремной вены и левой яремной вены. Вычисления осуществляют, как указано в пунктах 5, 6 и 7.

Примеры.

Способ позволяет определить метаболические и функциональные резервы мозга пациента.