способ оценки параметров капиллярного русла сердца у человека

Формула изобретения

Способ оценки параметров капиллярного русла сердца у человека, отличающийся тем, что у человека с точно установленным возрастом (A) измеряют рост (H), массу тела (M), концентрацию гемоглобина (n), оксигенацию артериальной крови (у_а) и вычисляют по формуле площадь тела



удельную теплопродукцию для мужчин:





скорость потребления кислорода всем организмом (Q)



где w - удельная теплопродукция организма (кал/м²/ч);

S - поверхность тела (м² ),

удельное потребление кислорода сердцем человека (q _н)



где Q - скорость потребления кислорода всем организмом (мл/мин);

А - возраст, лет;

М - масса тела человека (кг),

радиус тканевого цилиндра (R ₂) через вычисление удельного потребления кислорода сердцем (q_н) по уравнению



при значениях

р_кр=12 мм рт.ст. - критическое давление кислорода на венозном конце капилляра;

R₀=2.5 мкм - внутренний радиус капилляра;

b=2.9(R₀)^0.5-3=1.58 мкм - толщина стенки капилляра;

R₁=R₀+b=4.08 мкм - внешний радиус капилляра;

аппроксимируется уравнением



где R₂ - радиус тканевого цилиндра (мкм);

q_н - удельное потребление кислорода сердцем;

плотность капилляров в сердце



где R₂ - радиус тканевого цилиндра (мкм),

время движения крови по капилляру



где n - концентрация гемоглобина в крови (моль/м ³);

У_а - оксигенация артериальной крови (%);

q_н - удельное потребление кислорода сердцем;

R₂ - радиус тканевого цилиндра,

скорость течения крови в капилляре



где R₀ - внутренний радиус капилляра (мкм);

Р_а и P_к давление крови на артериальном и венозном концах капилляра;

- вязкость крови в капилляре (сП);

L - длина капилляра (мкм),

из уравнения (10)

получаем длину капилляра



где R₀ - внутренний радиус капилляра (мкм);

t время движения крови по капилляру (с),

число капилляров в сердце



где L - длина тканевого цилиндра (мкм);

R₂ - радиус тканевого цилиндра (мкм);

=1070 (кг/м³) - плотность сердца;

- объем тканевого цилиндра (м³);

M _H - масса сердца (кг), которая равна





где М - масса тела (кг),

объем капиллярной крови



где R₀ - внутренний радиус капилляра (мкм);

R₂ - радиус тканевого цилиндра (мкм);

L - длина капилляра (мкм);

N_н - число капилляров в сердце;

М_н - масса сердца;

и, тем самым, оценивают анатомо-функциональные параметры капиллярного русла сердца человека.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ расчета плотности капилляров в скелетных мышцах человека при максимальной нагрузке, заключающийся в том, что плотность капилляров и их анатомические параметры измеряют в биоптатах, полученных из скелетных мышц во время физических упражнений [1]. Однако само взятие биопсии и подготовка взятого образца ткани для гистологических измерений вносит искажения и не может быть использовано для мониторинга в условиях, которые исключают взятие биопсии. Другие авторы измеряют параметры капиллярного русла сердца человека посмертно на анатомических препаратах [2].

В этих публикациях оценка параметров капиллярного русла в сердце человека не связывается с антропометрическими и физиологическими данными конкретного человека - его возрастом, полом, ростом, массой тела, концентрацией гемоглобина, оксигенацией артериальной крови.

Целью изобретения является получение точных значений параметров капиллярного русла в сердце конкретного человека для мониторинга деятельности сердца, а именно: - число, плотность, длина капилляра, скорость движения капиллярной крови, объем капиллярной крови по антропометрическим и физиологическим данным конкретного человека, которые доступны для точного измерения в различных условиях, включая экстремальные.

Способ реализуется следующим образом. У конкретного человека возраста А (лет), (1 А 80 лет) и пола измеряют следующие параметры: рост Н (см); массу тела М (кг); концентрацию гемоглобина n (г/л); оксигенацию артериальной крови y_a (%). По этим данным вычисляют следующие параметры.

1. Удельное потребление сердцем кислорода при нормальной температуре тела (q_н), для чего вычисляют:

1.1. Площадь тела (S)

1.2. Удельную теплопродукцию (по [3; стр.32-36.]) (w)

для мужчин:

1.3. Скорость потребления кислорода всем организмом (Q)

1.4. Удельное потребление кислорода сердцем человека (q_н)

для мужчин

2. Вычисляют радиус тканевого цилиндра (R₂) через вычисление удельного потребления кислорода сердцем (q_н) по уравнению цилиндра Крога из источника [4, стр.172]

при значениях

р _кр=12 мм рт.ст. - критическое давление кислорода на венозном конце капилляра,

R₀=2.5 мкм - внутренний радиус капилляра,

b=2.9(R₀)^0.5 -3=1.58 мкм - толщина стенки капилляра,

R ₁=R₀+b=4.08 мкм - внешний радиус капилляра,

аппроксимируется уравнением

где R₂ - радиус тканевого цилиндра (мкм),

q_Н - удельное потребление кислорода сердцем человека (моль/м³/с).

3. Плотность капилляров в сердце

где R₂ - радиус тканевого цилиндра (мкм).

4. Время движения крови (t) от артериального к венозному концу капилляра в тканевом цилиндре.

Из закона сохранения количества кислорода в тканевом цилиндре

где R₀, R₁ - соответственно внутренний и внешний радиус капилляра (мкм),

R₂ - радиус тканевого цилиндра, вычисленный по уравнению (6) (мкм),

L - длина тканевая цилиндра, вычисленная по уравнению (11) (мкм),

длина тканевого цилиндра равна длине капилляра,

- скорость движения крови по капилляру (мкм/с),

q_H - удельная скорость потребления кислорода сердцем человека (моль/м³/с),

n - концентрация гемоглобина в крови (моль/м³),

y _a - оксигенация артериальной крови (0 y_a 1),

y_k=0.12 - оксигенация крови на конце капилляра [4, стр.172]; после преобразований равенства (8) получаем формулу для определения времени движения крови по капилляру

где R₂ - радиус тканевого цилиндра (мкм),

n - концентрация гемоглобина в капиллярной крови (г/л),

y_a - оксигенация артериальной крови (%),

q_H - удельная скорость потребления сердцем кислорода (моль/м³/с).

5. Длина капилляра. Один тканевый цилиндр содержит один кровеносный капилляр. Длина капилляра и длина тканевого цилиндра равны.

Средняя скорость движения крови по капилляру описывается уравнением Пуазейля

где =1.44 сП - вязкость крови в капилляре, P_a-P _k=33-17=16 мм рт.ст. - разность гемодинамических давлений крови на артериальном и венозном конце капилляра.

L - длина капилляра, равная длине тканевого цилиндра (мкм).

После преобразований уравнения (10) получаем длину капилляра

где R₀ - внутренний радиус капилляра, равный 2,5 (мкм) (см. урав. 5),

t - время движения крови по капилляру (с).

6. Число капилляров в сердце равно

где L - длина тканевого цилиндра (мкм),

R₂ - радиус тканевого цилиндра (мкм),

=1070 (кг/м³) - плотность сердца,

- объем тканевого цилиндра (м³),

М_H - масса сердца (кг), которая равна

где М - масса тела (кг)

Число капилляров на 100 г сердца равно

где - L - длина тканевого цилиндра (мкм),

7. Объем капиллярной крови в сердце равен

где М_H - масса сердца (кг),

R₀ - внутренний радиус капилляра (мкм),

L - длина капилляра (мкм),

N_H - число капилляров в сердце,

R₂ - радиус тканевого цилиндра (мкм),

L - длина капилляров (мкм).

Объем капиллярной крови на 100 г сердца равен

где - R₀ - внутренний радиус капилляра (мкм),

R₂ - радиус тканевого цилиндра (мкм).

Примеры использования способа. Вычисленная по формуле (7) зависимость плотности капилляров сердца от возраста указана на чертеже.

Все вычисленные параметры капиллярного русла здорового мужчины представлены в таблице. Данные таблицы демонстрируют зависимость основных параметров капиллярного русла сердца человека от основных антропометрических параметров организма человека: возраста, роста, массы тела и массы сердца, и переменных физиологических величин: концентрации гемоглобина в крови, насыщения артериальной крови кислородом. Это делает предложенный способ удобным для мониторирования деятельности сердца, для получения оценок относительных изменений в процессе адаптации к различным экстремальным влияниям на организм человека.

Примечание: JA-справ [5].

Таким образом, способ позволяет оценить число всех капилляров в сердце, их плотность, длину, скорость движения по ним крови и объем всей капиллярной крови в коронарном русле сердца, их связь с антропометрическими данными пациента, а также другие параметры - радиус и объем тканевого цилиндра.

Литература.

1 B.J.McGuirel and T.W.Secomb. Estimation of capillary density in human skeletal muscle based on maximal oxygen consumption rates // Am J Physiol Heart Circ Physiol 2003 - V.285: - № 6: - Н2382-Н2391.

2 Stoker M.E., Gerdes A.M., May J.F. Regional differences in capillary density and myocyte size in the normal human heart // Anat Rec. - 1982. - V.202. - № 2: - P.187-191

3 Fleisch A. Neue Methoden zum Studium des Gasaustausches und der Lungenfunktion. Leipzig: VEB Georg Thime, 1956. - 107s..

4 Власов Ю.А., Смирнов С.М. От молекулы гемоглобина - к системе микроциркуляции. Новосибирск: Наука, 1993. - 245 с.

5 Власов Ю.А., Окунева Г.Н. Кровообращение и газообмен человека. Справочное руководство. Новосибирск: Наука. - 320 с.