СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДАРНОГО ОБЪЕМА СЕРДЦА Российский патент 1999 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в кардиологии, физиологии, функциональной диагностике.

Исследование многих физиологических механизмов кровообращения могло бы значительно продвинуться вперед, если бы имелась надежная методика измерения ударного объема сердца (УОС) при каждом его сокращении. Особенно важны непрерывное определение гемодинамических показателей и применение метода независимо от тяжести состояния больного.

Первым теоретически обоснованным методом, пригодным для реальной оценки УОС, считается метод электроплетизмографии А.А.Кедрова [1], согласно которому изменение (ΔZ) базового электрического сопротивления тканей (Z) между измерительными электродами прямо пропорционально УОС (ΔV). Поэтому
ΔV = V•ΔZ/Z,
где V - объем токопроводящей среды между измерительными электродами.

Усовершенствованный метод А.А.Кедрова был предложен Fejfar аnd Zajic [2] , согласно которому, исходя из предположения о векторной природе систолической части импедансной плетизмограммы (реограммы - РГ), регистрируемый в конце систолы объем (ΔV) составляет половину УОС (Q).

Bonjer [3] было найдено выражение коэффициента пропорциональности объема и сопротивления для проводников цилиндрической формы. Величина V может быть выражена формулой
ρ•L•L/Z,
где ρ - удельное электрическое сопротивление токопроводящей среды,
L - расстояние между электродами. Поэтому формула А.А.Кедрова может быть представлена следующим образом:
ΔV = ρ•L•L•ΔZ/Z•Z.
Однако этот метод не учитывает, что часть УОС уходит из аорты в сосудистую систему во время изгнания крови сердцем, в связи с чем истинная величина УОС (Q) превышает ΔV в n раз. Произведение n•ΔZ получило название электрического эквивалента сердечного выброса, и все известные аналоги сводятся к нахождению n тем или иным способом, например реографические способы определения УОС, разработанные Nyboer [4], Сидоренко Г.И. и др. [5].

К недостаткам перечисленных способов относятся значительная погрешность, обусловленная невозможностью точного определения расстояния между измерительными электродами, а также погрешности субъективного характера при построении касательной к линейной части анакроты или катакроты РГ.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу определения УОС является способ Кубичека [6], сочетающий наиболее совершенную в техническом отношении четырехэлектродную систему регистрации РГ и способ графической экстраполяции для получения электрического эквивалента УОС. Для этого один из двух токовых электродов размещают на лбу, а другой - на голени пациента, один из двух измерительных электродов - на шее, а второй - на грудной клетке на уровне мечевидного отростка. Измеряют расстояние (L) между измерительными электродами, регистрируют реограмму (РГ), дифференциальную РГ (ДРГ), фонокардиограмму (ФКГ) с одновременным определением базового сопротивления (Z). По кривой РГ измеряют максимальную скорость нарастания реографического сигнала по ФКГ - интервал времени между первым и вторым тонами сердца (Т). Расчет УОС (Q) осуществляют по формуле

где ρ - удельное электрическое сопротивление тканей.

При этом произведение является электрическим эквивалентом сердечного выброса, т.к.
Однако способ имеет малую точность определения УОС, так как вычисленный нами коэффициент корреляции этого способа с эталонным способом Фика составил всего 0,31 у женщин и 0,32 у мужчин.

Цель изобретения - повышение точности способа.

Это достигается тем, что два токовых и два измерительных электрода накладывают на определенные участки тела. Так, один из токовых электродов - на правое предплечье, а второй - в области левого плечевого сустава, один из измерительных электродов - на правый плечевой сустав, а второй - в области шестого межреберья слева по передней подмышечной линии. Регистрируют РГ, ДРГ с одновременным определением базового сопротивления (Z в Ом), затем определяют амплитуду РГ комплекса (ΔZ в Oм), местоположение точки РГ, соответствующей окончанию систолы и началу диастолы левого желудочка, а также размеры площадей между изолинией и кривой РГ слева (S₁ в Ом•мс) и справа (S_d в Ом•мс) от найденной точки, массу тела (m в кг) и гемоглобин крови (Нb в г/л), после чего производят вычисление УОС (Q в мл) по формуле
Q = (a-b•Hb)•m•ΔZ•S_d/Z•S_l,
где a = 151,591; b = 0,442 для мужчин и
a = 446,785; b = 2,555 для женщин.

Для облегчения поиска точки РГ, соответствующей окончанию систолы и началу диастолы, проецируют на РГ дифференциальную РГ в точке начала ее отрицательной фазы.

Теоретической предпосылкой заявляемого способа является известный факт, что УОС в покое прямо пропорционален массе тела в отличие от остальных параметров кровообращения, зависимость которых от размеров тела носит аллометрический характер [7]. В связи с этим отпадает необходимость определения расстояния между измерительными электродами, чреватая значительной погрешностью. Второй теоретической предпосылкой способа является известный в физике и медицине факт, что площадь под кривой объемного тока жидкости пропорциональна объему протекающей жидкости [8]. Исходя из этого можно предположить, что площадь между изолинией и кривой РГ до точки А, соответствующей переходу систолы в диастолу, пропорциональна ударному объему сердца, а площадь после указанной точки пропорциональна оттоку этого объема из аорты. В свою очередь, и ударный объем сердца и отток этого объема из аорты должны ровняться венозному возврату крови к сердцу в течение каждого сердечного цикла. Однако, как показывает анализ РГ, площадь до точки A (S_l) всегда меньше площади после точки A (S_d), что объясняется утечкой крови из аорты в сосудистую систему во время изгнания УОС. В связи с этим отношение S_d/S_l отражает величину n, показывающую, во сколько раз надо увеличить ΔZ РГ, чтобы получить электрический эквивалент сердечного выброса. Справедливость этого предположения, равно как и других способов определения n (включая аналоги и прототип), может быть проверена в сравнительно-физиологическом исследовании путем одновременного измерения УОС предлагаемым способом и эталонным способом Фика с последующим вариационным и корреляционным анализом полученных результатов.

Соответствующее исследование было проведено в условиях строгого эксперимента, для чего были набраны одинаковые по количеству испытуемых группы женщин и мужчин в каждой по 31 человеку. У всех испытуемых одновременно определяли УОС по Кубичеку, по Фику и заявляемым способом.

На фиг. 1 изображены данные реографического исследования испытуемого Божченко В.В.(муж.); на фиг.2 - данные реографического исследования Вафаевой Г. Б. (жен. ). Записанные одновременно электрокардиограмма (ЭКГ) и фонокардиограмма (ФКГ) к сущности заявляемого способа отношения не имеют.

Пример 1. Испытуемый Божченко В.В.. Один токовый электрод размещают на правом предплечье, второй - в области левого плечевого сустава. Один из измерительных электродов - на правый плечевой сустав, а второй - в области шестого межреберья слева по передней подмышечной линии. Производят регистрацию реографических данных на приборе МТК-ЗО предприятия "Электроприбор" (г. Краснодар) (фиг. 1) и определяют базовое сопротивление Z = 18,284 Ом, амплитуду реографического комплекса ΔZ = 0,119 Ом, массу тела m = 76,2 кг, гемоглобин крови, взятой из пальца, Нb = 153,5 г/л. Для нахождения на РГ точки A , соответствующей окончанию систолы и началу диастолы, проецируют на РГ дифференциальную РГ в точке начала ее отрицательной фазы. Затем определяют площади между изолинией и кривой РГ слева от точки A S_l = 18,8 Ом•мс и справа от точки A S_d = 34,4 Ом•мс. Для сравнения предлагаемого способа с прототипом одновременно производят определение данных, необходимых для вычисления УОС по Кубичеку, измерив расстояние между измерительными электродами L = 41 см, определив по ДРГ максимальную скорость нарастания реографического сигнала 1,312 Ом/сек и приняв удельное электрическое сопротивление тканей ρ = 49,303 Ом•см.

Затем производят расчет УОС по заявляемому способу:
Q = (151,591 - 0,442•153,5)76,2•0,119•34,4/18,284•18,8 = 76,00 (мл)
и по способу Кубичека:

Пример 2.

Испытуемая Вафаева Г.Б. Токовые и измерительные электроды накладывают на тело аналогично тому, как описано в примере 1. Регистрацию реографических данных производят на приборе МТК-ЗО предприятия "Электроприбор" (г. Краснодар) (фиг.2) и определяют Z = 32,421 Ом, ΔZ = 0,194 Ом, m = 58,0 кг, Нb = 126 г/л.

На кривой РГ определяют точку A, соответствующую окончанию систолы и началу диастолы левого желудочка сердца, и определяют площади между изолинией и кривой РГ слева от точки A S_l = 28,8 Ом•мс и справа от точки A S_d = 40,2 Ом•мс. Для вычисления УОС по способу Кубичека измеряют расстояние между измерительными электродами L = 37 см, определяют 3,037 Ом/с и ρ = 61,200 Ом•см.

Затем производят расчет УОС по заявляемому способу:
Q = (446,785 - 2,555•126,0)•58,0•0,194•40,2/ 32,421•28,8 = 60,48 (мл)
и по способу Кубичека:
Q = 61,200•37•37•3,037•0,310/32,42•32,42 = 75,04 (мл).

Для более полной характеристики заявляемого способа в таблице 1 приведены исходные данные для сравнительно-физиологического исследования УОС у пяти мужчин и пяти женщин. Аналогичные данные для всех 62 испытуемых, включая результаты исследования способом Фика, были обработаны методами вариационной статистики и корреляционного анализа [9] (см.табл.2,3). Из таблиц 2,3 видно, что коэффициент корреляции r между эталонным способом Фика и способом Кубичека равен 0,31 для женщин и 0,32 для мужчин, а между эталонным способом Фика и заявляемым способом - 0,85 для женщин и 0,75 для мужчин, т. е. заявляемый способ в 2,4-2,7 раза повышает точность определения УОС по сравнению с прототипом.

Список использованной литературы
1. Кедров А.А. Электроплетизмография как метод объективной оценки кровообращения. Автореф. дисс. докт. Л. 1949.

2. Fejfar Z., Zajic F. Vyhledy impedancni plethysmografie pro kliniki. Predn. Spolku lek. cesk. 1951, V.8, N 2, p. 1-9.

3. Bonjer F. Circulationderzock door Impedantiemeting. Groningen, 1950, p. 146.

4. Nyboer J. Regional pulse volume and perfusion flow electrical impedance plethysmography.- "Arch. intern, med.", 1960, V. 105, N 9, p. 264-276.

5. Сидоренко Г.И., Савченко Н.Е., Полонецкий А.З. и др. Реография. Импедансная плетизмография. - Беларусь, Минск, 1978, 159 с.

6. Kubicek W.G. Impedance pletysmography. United States Patent Office. Patent N 3340867, September 12, 1976.

7. Шмидт-Ниельсен К. Размеры животных: почему они так важны?, М., Мир, 1987, 259 с.

8. Гайтон А. Физиология кровообращения. Минутный объем сердца и его регуляция. М., Медицина, 1969, 427 с.

9. Лакин Г.Ф. Биометрия. М. Высшая школа, 1980, 293 с.

Изобретение относится к медицине. Два токовых и два измерительных электрода накладывают на определенные участки тела, регистрируют реограмму РТ, дифференциальную РГ. Одновременно определяют базовое сопротивление, местоположение точки РГ, соответствующей окончанию систолы и началу диастолы левого желудочка. Вычисляют размеры площадей между изолинией и кривой РГ слева и справа от найденной точки. Вычисляют ударный объем сердца (УОС) по оригинальной математической формуле отдельно для мужчин и для женщин. Способ позволяет значительно повысить точность определения УОС. 2 з.п.ф-лы, 3 табл., 2 ил.

1. Способ определения ударного объема сердца, включающий наложение двух токовых и двух измерительных электродов на определенные участки тела, регистрацию реограммы (РГ) и дифференциальной РГ (ДРГ), определение базового сопротивления (Z), вычисление ударного объема сердца (Q) по формуле, отличающийся тем, что дополнительно определяют амплитуду реографического комплекса (ΔZ), площадь между изолинией и кривой РГ слева (S_l) и справа (S_d) от точки РГ, соответствующей окончанию систолы и началу диастолы левого желудочка сердца, массу тела (m), гемоглобин крови (Нb), а вычисление осуществляют по формуле
Q = (a-b•Hb)•m•ΔZ•S_d/Z•S_l,
где а = 151,591, b = 0,442 для мужчин;
а = 446,785, b = 2,555 для женщин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что один из токовых электродов накладывают на правое предплечье, а второй - в области левого плечевого сустава, один из измерительных электродов - на правый плечевой сустав, а второй - в области шестого межреберья слева по передней подмышечной линии. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что точку РГ, соответствующую окончанию систолы и началу диастолы, находят путем проецирования на РГ дифференциальной РГ в точке начала ее отрицательной фазы.