СПОСОБ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ КАПИЛЛЯРНОГО РУСЛА СЕРДЦА У ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2009 года по МПК A61B10/00 G01N33/72 

Описание патента на изобретение RU2375968C2

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 ya (%). По этим данным вычисляют следующие параметры.

1. Удельное потребление сердцем кислорода при нормальной температуре тела (qн), 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 (qн)

для мужчин

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

при значениях

ркр=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),

qН - 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,

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

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

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

ya - оксигенация артериальной крови (0≤ya≤1),

yk=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),

ya - оксигенация артериальной крови (%),

qH - 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 η=1.44 сП - вязкость крови в капилляре, Pa-Pk=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),

ρ=1070 (кг/м3) - плотность сердца,

- объем тканевого цилиндра (м3),

МH - 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 МH - масса сердца (кг),

R0 - внутренний радиус капилляра (мкм),

L - длина капилляра (мкм),

NH - 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.

Похожие патенты RU2375968C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ В БОЛЬШОМ, МАЛОМ И КОРОНАРНОМ КРУГАХ У ЧЕЛОВЕКА ВО ВРЕМЯ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ 2011
  • Власов Юрий Александрович
  • Окунева Галина Николаевна
  • Смирнов Сергей Михайлович
RU2473900C1
Способ оценки числа функционирующих кровеносных капилляров у человека (варианты) 2017
  • Власов Юрий Александрович
RU2680798C2
СПОСОБ ОЦЕНКИ ЛЕГОЧНОГО КРОВОТОКА 2012
  • Власов Юрий Александрович
RU2539718C2
СПОСОБ ОЦЕНКИ НАСЫЩЕНИЯ КИСЛОРОДОМ КРОВИ В КОРОНАРНОМ СИНУСЕ У ЧЕЛОВЕКА 2010
  • Власов Юрий Александрович
RU2428920C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДАРНОГО ОБЪЕМА СЕРДЦА ЧЕЛОВЕКА 2008
  • Власов Юрий Александрович
  • Окунева Галина Николаевна
  • Смирнов Сергей Михайлович
RU2378978C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАСЫЩЕНИЯ КИСЛОРОДОМ СМЕШАННОЙ ВЕНОЗНОЙ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА (ВАРИАНТЫ) 2004
  • Власов Юрий Александрович
  • Окунева Галина Николаевна
  • Левичева Елена Николаевна
RU2275630C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНОГО ТКАНЕВОГО НАСЫЩЕНИЯ ГЕМОГЛОБИНА КИСЛОРОДОМ БУЛЬБАРНОЙ КОНЪЮНКТИВЫ 2007
  • Шмырева Валерия Федоровна
  • Петров Сергей Юрьевич
  • Антонов Алексей Анатольевич
  • Стратоников Александр Аркадьевич
RU2347544C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ КАПИЛЛЯРНОГО КРОВОТОКА И ВЕЛИЧИНЫ АРТЕРИОЛОВЕНУЛЯРНОГО ШУНТА 2004
  • Власов Юрий Александрович
  • Смирнов Сергей Михайлович
  • Окунева Галина Николаевна
RU2267983C2
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОКАЛОРИМЕТРИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЛОКАЛЬНОГО МЕТАБОЛИЗМА ТКАНИ, СОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ В МЕЖКЛЕТОЧНОЙ ТКАНИ, КОНЦЕНТРАЦИИ БИОХИМИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ КРОВИ И ДАВЛЕНИЯ В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЕ 2005
  • Мусин Рамиль Фаритович
RU2396897C2
СПОСОБ ОЦЕНКИ КРОВООБРАЩЕНИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА И НАРУШЕНИЙ КРОВОТОКА 2007
  • Власов Юрий Александрович
  • Стародубцев Владимир Борисович
  • Окунева Галина Николаевна
  • Левичева Елена Николаевна
RU2401059C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 375 968 C2

Реферат патента 2009 года СПОСОБ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ КАПИЛЛЯРНОГО РУСЛА СЕРДЦА У ЧЕЛОВЕКА

Изобретение относится к области медицины, а именно к клинической физиологии, кардиохирургии и кардиологии. У конкретного человека возраста - A (лет), (1≤А≤80 лет) и пола измеряют следующие параметры: рост H (см); массу тела - M (кг); концентрацию гемоглобина - n (г/л); оксигенацию артериальной крови - уа (%) и вычисляют по определенным формулам площадь тела, удельную теплопродукцию как для мужчин, так и для женщин, скорость потребления кислорода всем организмом, удельное потребление кислорода сердцем человека для мужчин и для женщин, радиус тканевого цилиндра через вычисление удельного потребления кислорода сердцем по определенному уравнению, скорость течения крови в капилляре, число капилляров в сердце, объем капиллярной крови и, тем самым, оценивают анатомо-функциональные параметры капиллярного русла сердца человека. 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. 1 табл., 1 ил.

Формула изобретения RU 2 375 968 C2

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 (уа) 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 (qн)

где Q - скорость потребления кислорода всем организмом (мл/мин);
А - возраст, лет;
М - масса тела человека (кг),
радиус тканевого цилиндра (R2) через вычисление удельного потребления кислорода сердцем (qн) по уравнению

при значениях
ркр=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);
qн - 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/м3);
Уа - оксигенация артериальной крови (%);
qн - удельное потребление кислорода сердцем;
R2 - радиус тканевого цилиндра,
скорость течения крови в капилляре

где R0 - внутренний радиус капилляра (мкм);
Ра и Pк давление крови на артериальном и венозном концах капилляра;
η - 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);
ρ=1070 (кг/м3) - плотность сердца;
- объем тканевого цилиндра (м3);
MH - 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);
Nн - число капилляров в сердце;
Мн - масса сердца;
и, тем самым, оценивают анатомо-функциональные параметры капиллярного русла сердца человека.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2375968C2

STOKER M.E
et al
Regional differences in capillary density and myocyte size in the normal human heart., Anat Rec., 1982 Feb; 202(2): 187-91
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ КАПИЛЛЯРНОГО КРОВОТОКА И ВЕЛИЧИНЫ АРТЕРИОЛОВЕНУЛЯРНОГО ШУНТА 2004
  • Власов Юрий Александрович
  • Смирнов Сергей Михайлович
  • Окунева Галина Николаевна
RU2267983C2
ФОМИН A.M
Математическое описание внутримиокардиального кровотока
В кн.: Макро- и микроморфология
Саратов: Изд-во Саратовского медицинского университета, 1999, с.187-191.

RU 2 375 968 C2

Авторы

Власов Юрий Александрович

Смирнов Сергей Михайлович

Даты

2009-12-20Публикация

2007-04-16Подача