способ определения остаточного объема левого желудочка

Формула изобретения

Способ определения остаточного объема левого желудочка, включающий определение систолического объема крови, отличающийся тем, что предварительно измеряют массу тела (М, кг), затем одновременно определяют систолический объем крови (V_s, мл) и фазу изометрического сокращения левого желудочка (t, мс), после чего производят расчет остаточного объема левого желудочка (V_r, мл) по формуле

V_r= kMt/V_s,

где k - коэффициент, равный 1,3 для мужчин и 1,2 для женщин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в кардиологии, физиологии и функциональной диагностике для оценки насосной функции сердца.

Остаточный (или конечносистолический) объем левого желудочка сердца является важным функциональным показателем гемодинамики и отражает объем крови, остающийся в желудочке после его сокращения (систолы). Объем желудочка в конце его расслабления (диастолы) называется конечнодиастолическим объемом. Соответственно разница между конечнодиастолическим и конечносистолическим объемами составляет систолический или ударный объем крови, изгоняемый в аорту во время систолы левого желудочка [1, 2].

Известен эхокардиографический способ определения остаточного объема левого желудочка (ЛЖ) [1, 2], согласно которому полость ЛЖ в конце систолы условно принимается за эллипсоид, имеющий две малые и одну большую ось, соотношение которых принимается одинаковым для всех людей - 1:1:2. Объем эллипсоида (V) описывается формулой V=4АВС/3, где А, В, С - полуоси эллипсоида, определяемые вручную на конечносистолическом эхоизображении ЛЖ под визуальным контролем.

Недостатком способа является заведомо неточный принцип моделирования ЛЖ в виде правильной геометрической фигуры, что никогда не наблюдается в действительности. Более того, соотношение между большой и малыми осями ЛЖ не является постоянным, а варьирует от 1,3 до 3,0 в зависимости от возраста, конституции и заболевания сердца [1, 2]. Заведомо неточным является также субъективное определение контуров полости ЛЖ по весьма нечеткому эхоизображению, так как внутренняя стенка ЛЖ носит не гладкий, а синусоидально-трабекулярный (то есть губчато-складчатый) характер. Кроме того, сама эхолокация сердца возможна только через межреберные промежутки, сильно варьирующие у разных людей, в связи с чем полноценный контур полости ЛЖ (то есть перпендикулярный ходу ультразвукового луча) удается получить далеко не у всех пациентов. И, наконец, за конечносистолическое изображение ЛЖ принимается сигнал, совпадающий во времени с зубцом Т ЭКГ, что также является условным и весьма приблизительным ориентиром.

Несмотря на все недостатки описанный способ является пока основным, существуя в многочисленных (до 30) модификациях [1, 2], ни одна из которых не получила достаточного признания, так как основная идея способа - определение объема физического тела по его плоскостному изображению - с точки зрения математики носит бессмысленный характер.

Наиболее близким из аналогов, принятым за прототип, является способ определения остаточного объема (V_r) ЛЖ [3], согласно которому сначала определяют систолический объем крови (V_s) и время его изгнания (t), затем измеряют пульсовое (Р_р) и диастолическое давление (P_d), после чего производят расчет по формуле V_r= kP_dt/P_pV_s, где k - коэффициент, равный 9284 для мужчин и 5732 для женщин. При этом время изгнания крови определяют не по ЭКГ, а по кардиосигналу, отражающему сократительную функцию сердца, например, по реокардиограмме (РКГ), где период изгнания соответствует интервалу времени от начала основной волны РКГ до появления выраженного отрицательного ускорения на обсуждаемой кривой (см. чертеж).

Указанный способ является более физиологичным по сравнению с эхокардиографическим способом, так как предполагает учет функциональных факторов, влияющих на величину остаточного объема.

Однако недостатком этого способа является неодновременное определение систолического объема и артериального давления, постоянно варьирующих (в пределах 5%) из-за дыхательных движений и колебаний сердечного ритма [4]. В связи с этим неизбежно соответствующее снижение точности способа. Кроме того, окончание периода изгнания не всегда бывает отчетливым даже на реокардиограмме, вынуждая дифференцировать этот сигнал, что усложняет осуществление способа.

Задачей изобретения является упрощение способа определения остаточного объема с одновременным повышением его точности.

Указанная задача решается определением массы тела (М, кг) испытуемого, после чего одновременно измеряются систолический объем ЛЖ (V_s) и фаза изометрического сокращения ЛЖ (t, мс) с расчетом остаточного объема (V_r, мл) по формуле V_r= kMt/V_s, где k - коэффициент, равный 1,3 для мужчин и 1,2 для женщин.

Теоретической предпосылкой способа являются данные литературы о том, что систолический объем у млекопитающих в норме прямо пропорционален массе тела, составляя в покое примерно 1% от последней [5] и около 60% от конечнодиастолического объема [2]. Отсюда следует, что остаточный объем, составляющий остальные 40%, также находится в прямой зависимости от массы тела. При переходе организма от состояния покоя к активной деятельности, а также при патологии сердечно-сосудистой системы соотношение между массой тела и сердечными объемами меняется. Так, например, при подъеме диастолического давления крови в аорте левый желудочек (ЛЖ) должен увеличить амплитуду своих сокращений, чтобы сохранить сердечный выброс на прежнем уровне. Это достигается саморегуляторным увеличением остаточного объема, включающим механизм Франка-Старлинга (то есть увеличение амплитуды и силы сокращения сердечной мышцы при увеличении ее конечнодиастолической длины) [4]. А так как скорость сокращения миокарда при этом не изменяется, то происходит удлинение фазы изометрического сокращения (ФИС) ЛЖ, под которой понимается время от закрытия атриовентрикулярных клапанов до открытия клапанов аорты [6]. При этом ФИС легко определяется по интервалу от начала I тона на фонокардиограмме до начала основной волны на реокардиограмме (см. чертеж).

При снижении сократимости миокарда (на фоне неизменного диастолического давления) скорость его сокращения уменьшается, что сопровождается увеличением фазы изометрического сокращения (ФИС) и уменьшением систолического объема крови. И в этом случае, чтобы сохранить нормальный сердечный выброс, включается механизм Франка-Старлинга через увеличение остаточного объема ЛЖ. Таким образом, и при увеличении нагрузки на сердце, и при снижении его сократимости возрастает остаточный объем ЛЖ с одновременным увеличением ФИС.

При увеличении сократимости миокарда амплитуда и скорость его сокращения увеличиваются, что приводит к укорочению ФИС (на фоне неизменного артериального давления) и увеличению систолического объема за счет сокращения остаточного объема. Таким образом, и здесь остаточный объем находится в прямой зависимости от ФИС, а также в обратной зависимости от систолического объема, что позволяет определять остаточный объем с помощью заявленного способа, включающего использование эмпирического коэффициента k для перевода параметров массы, ФИС и систолического объема в величину остаточного объема ЛЖ.

Если теперь принять во внимание, что остаточный объем составляет в покое у здоровых людей 40% от конечнодиастолического объема [2] или, что одно и то же, 2/3 от систолического объема, то заявленную формулу можно выразить следующим образом: k=V_rV_s/Mt=2V_s ²/3Mt (в условиях покоя для здоровых людей). Отсюда следует, что величина k может быть установлена с помощью среднестатистических значений массы тела, систолического объема крови и фазы изометрического сокращения желудочков сердца.

Чтобы найти указанный коэффициент были обследованы 35 здоровых мужчин (табл.1) и 32 здоровые женщины (табл.2), у которых после измерения массы тела были определены (в состоянии покоя) ФИС и систолический объем крови с помощью реокардиографии по [7]. (Необходимо отметить, что использование в данном случае реокардиографии не является существенным признаком заявленного способа, поскольку определение систолического объема и ФИС может быть выполнено другими методами. ) Как показал статистический анализ результатов, среднее значение (А) и стандартная ошибка (m) M, V_s и t составили для мужчин соответственно (71,52,4) кг, (74,92,7) мл и (40,61,1) мс, а для женщин - (60,01,2) кг, (64,21,4) мл и (39,41,5) мс, из чего следует, что коэффициент k для мужчин и женщин составляет соответственно 1,3 и 1,2 (табл. 1 и 2).

Чтобы убедиться в правильности найденных значений k, для каждого испытуемого с помощью заявленной формулы был определен остаточный объем (в мл и %), после чего были рассчитаны его средние значения для мужчин (см. табл.1) и женщин (см. табл.2), которые оказались практически одинаковыми с упоминаемой в литературе нормой (40%). Как показывает анализ, такое совпадение не может быть случайным, так как используемый в заявленной формуле коэффициент k является функцией трех независимо варьирующих величин (М, t и V_s). Поэтому любое отклонение k от истинного значения должно приводить к ошибочному определению остаточного объема (V_r) в каждом конкретном случае, и как следствие, к отличающемуся от 40% среднестатистическому значению V_r.

Образец определения остаточного объема левого желудочка у здорового мужчины с помощью компьютерного реокардиографа МТК-10 (предприятие "Электроприбор", г. Краснодар) приведен на чертеже. Сверху вниз показаны: электрокардиограмма (ЭКГ), фонокардиограмма (ФКГ), реокардиограмма (РКГ) и дифференциальная реокардиограмма (ДРГ). Калибровка ЭКГ и РКГ - 1,046 мВ/деление и 0,043 Ом/деление. 1 деление соответствует 0,1 с и 1 см. Вертикальные стрелки на ФКГ и РКГ соответствуют началу I тона ФКГ (то есть моменту закрытия атриовентрикулярных клапанов) и началу изгнания крови из левого желудочка (то есть моменту открытия полулунных клапанов аорты).

Для определения систолического объема по [7] и остаточного объема с помощью заявленного способа используются только ФКГ и РКГ. Остальные сигналы (ЭКГ и ДРГ) записаны в соответствии с общепринятым стандартом для реокардиографических исследований и предназначены для полного анализа фаз систолы левого желудочка, определения систолического объема другими способами, измерения различных показателей гемодинамики (средняя и максимальная объемная скорость сердечного выброса, объем фракции выброса и т.д.), а также для выполнения других исследований (анализ контура и ритма ЭКГ, кардиоинтервалография и т.д.).

В табл.1 и 2 представлены конкретные и средние значения массы тела, фазы изометрического сокращения (ФИС) и систолического объема (Сист. об.), с помощью которых был найден коэффициент k, а также конкретные и средние значения остаточного объема (Остат. об.) левого желудочка у мужчин и женщин соответственно.

Примеры выполнения способа

Пример 1. В память компьютера, соединенного с реокардиографом МТК-10 (предприятие "Электроприбор", г. Краснодар), внесли данные здорового мужчины 18 лет (В. В. Малых), включающие массу тела (М), равную 67 кг. После этого испытуемому в положении лежа на спине наложили токовые реокардиографические электроды-присоски на локтевой сгиб правого предплечья и дельтавидную мышцу в области левого плечевого сустава. Такие же регистрирующие электроды (одновременно используемые для записи ЭКГ) наложили на дельтавидную мышцу в области правого плечевого сустава и 6-го межреберья слева по передней подмышечной линии. На 4-е межреберье слева от грудины установили микрофон для записи ФКГ. После соединения датчиков с компьютерным реокардиографом МТК-10 произвели запись кардиосигналов в течение 6,3 с. После этого компьютер автоматически определил лучший по качеству регистрации кардиоцикл (см. чертеж), рассчитал систолический объем по способу [7] (V_s=68,08 мл), фазу изометрического сокращения левого желудочка (t=36 мс) по интервалу времени от начала I тона ФКГ до начала основной волны на РКГ и определил остаточный объем (V_r=46,06 мл) по формуле V_r=1,3Mt/V_s=l,36736/68,08=46,06 мл.

При этом остаточный объем составил 40,4% от конечнодиастолического объема, что соответствует норме [1, 2].

Пример 2. Испытуемая - здоровая женщина 19 лет (С.П. Гриценко) с массой тела 56 кг. После наложения датчиков и записи кардиосигналов в порядке, изложенном в примере 1, компьютер определил систолический объем (V_s=61,20 мл), фазу изометрического сокращения (t=38 мс) и остаточный объем (V_r=41,73 мл) по формуле V_r=1,2Mt/V_s=1,25638/61,20=41,73 мл.

При этом остаточный объем составил 40,5% от конечнодиастолического объема, что соотвтетствует норме.

Пример 3. Испытуемая - женщина 36 лет (С.В. Земиссева), страдающая специфическим миокардитом. Масса тела 63 кг. После наложения датчиков и записи кардиосигналов в порядке, изложенном в примере 1, компьютер определил систолический объем (V_s=47,75 мл), фазу изометрического сокращения (t=50 мс) и остаточный объем (V_r= 79,16 мл) по формуле V_r=l,2Mt/V_s=1,26350/47,75= 79,16 мл.

При этом остаточный объем превысил норму и составил 62,4% от конечнодиастолического объема, что является характерным симптомом любого миокардита.

Пример 4. Испытуемый - здоровый мужчина 18 лет (А.А. Кожемякин), находящийся в состоянии эмоционального стресса. Масса тела 64 кг. После наложения датчиков и записи кардиосигналов в порядке, изложенном в примере 1, компьютер определил систолический объем (V_s=81,00 мл), фазу изометрического сокращения (t=32 мс) и остаточный объем (V_r=32,87 мл) по формуле V_r=1,3Mt/V_s= 1,36432/81,00=32,87 мл.

При этом остаточный объем оказался меньше нормы и составил 28,9% от конечнодиастолического объема, что характерно для мобилизации сердечной деятельности при стрессе.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что заявленный способ адекватно отражает нормальные значения и функциональные сдвиги остаточного объема, что позволяет использовать его для клинических, физиологических и научно-исследовательских целей. Наряду с этим данный способ отличается предельной простотой осуществления, что позволяет использовать его на первичных этапах исследования пациентов (амбулаторный прием, профосмотры и т.д.).

Использованная литература

1. Зарецкий В.В., Бобков В.В., Ольбинская Л.И. Клиническая эхокардиография. - М.: Медицина, 1979.

2. Шиллер Н., Осипов М.А. Клиническая эхокардиография. - М.: Мир, 1993.

3. Шейх-Заде К.Ю. Способ определения остаточного объема левого желудочка. Патент 2133585 РФ. Опубл. 27.07.99. Бюл. 21.

4. Бабский Е.И., Косицкий Г.И., Зубков А.А., Ходоров Б.И. Физиология человека. - М.: Медицина, 1972.

5. Шмидт-Ниельсен К. Размеры животных. Почему они так важны? - М.: Мир, 1987.

6. Карпман В. Л. Фазовый анализ сердечной деятельности. М.: Медицина, 1965.

7. Шейх-Заде К.Ю. Способ определения ударного объема сердца. Патент на изобретение 2134534 РФ. Опубл. 20.08.99. Бюл. 23.