СПОСОБ ОЦЕНКИ КРОВООБРАЩЕНИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА И НАРУШЕНИЙ КРОВОТОКА Российский патент 2010 года по МПК A61B5/452 A61B5/02 A61B5/145 A61B8/06 

Изобретение относится к области медицины, а именно к способам оценки кровообращения и метаболизма головного мозга у больных с мультифокальным атеросклерозом брахиоцефальных ветвей аорты.

У этой категории больных необходимо дать функциональную оценку способности сосудистого русла головного мозга и ветвей аорты, питающих его, обеспечить необходимый уровень метаболизма мозга и способности компенсировать структурные нарушения элементов «вилизиева круга».

Известны следующие способы определения метаболической активности головного мозга по величине потребляемой им глюкозы у больных во время выполнения кардиохирургической операции [Шунькин А.В., Власов Ю.А., Окунева Г.Н., Караськов A.M., Ломиворотов В.Н., Дерягин М.Н. Способ определения метаболического и функционального резерва головного мозга во время кардиохирургической операции. Патент №2278386]. Для этого в крови из внутренней яремной вены и артерии определяют концентрацию глюкозы и полученную величину потребления глюкозы сравнивают со стандартной величиной и через нее пересчитывают на величину текущего потребления кислорода мозгом. Однако применение этого способа сопряжено с установкой зондов во внутренней яремной вене и артерии с последующим анализом забранных с их помощью образцов крови на специализированных газоанализаторах. При этом обычно предполагается, что и головной мозг, и его кровеносное русло у больных с пороками сердца интактны.

В другом способе также определяют содержание кислорода в пробах артериальной крови, притекающей к головному мозгу, и в крови из внутренней яремной вены либо методом параинфракрасной спектроскопии - церебральную оксигенацию, определяют сердечный выброс методом термоделюции, либо методом тетраполярной реовазографии [Мартыненков В.Я., Чурляев Ю.А., Лукашов К.В., Чеченин М.Г., Григорьев Е.В., Воеводин С. В., Редкокаша Л.Ю. Способ оценки метаболизма и системы транспорта кислорода к головному мозгу у больных с тяжелой черепно-мозговой травмой. Патент №2264162]. По этим измерениям вычисляют величину транспорта кислорода к головному мозгу и потребление кислорода головным мозгом, считая, что головной мозг забирает 0,15 минутного объема крови. Последнее предположение исключает реальную оценку одного из центральных параметров кровообращения в головном мозге - общий церебральный кровоток. В интактных условиях у здорового человека это предположение справедливо, тогда как у больных с мультифокальным атеросклерозом брахиоцефальных ветвей аорты этот параметр должен быть измерен, так же как и у больных с черепно-мозговой травмой.

Известно, что удельный кровоток головного мозга составляет 43 - 67 мл/(100 г мин) со средним значением 50 мл/(100 г мин), а потребление кислорода - 3,5 мл/(100 г мин) [Москаленко Ю.Е. Кровоснабжение головного мозга. / Физиология кровообращения: физиология сосудистой системы. Ред. Б.И.Ткаченко. - Л.: Наука - 1984. - 652 с. Глава 11.2.1. - с.356-359]. Система кровообращения головного мозга выдерживает эти параметры у здорового человека в очень широком диапазоне функциональных состояний, поддерживая величину кровотока целого мозга на одном уровне [Wade O.L., Bishop J.M. Cardiac output and regional blood/low. Oxford, 1962. 349р. Цит по: Физиология кровообращения: регуляция кровообращения. - Л.: Наука, - 1986. - 640 с.). Указанные выше параметры кровообращения и газообмена мозга удерживаются в определенных границах изменения артериального давления и парциального напряжения газов венозной крови механизмами ауторегуляции. Важнейшим звеном этого регулирования является Вилизиев круг, который компенсирует нарушения кровотока в различных отделах головного мозга, вызванные разными причинами - травмой, либо атеросклерозом брахиоцевфальных артерий, либо артерий собственно головного мозга.

Как степень нарушения кровотока в головном мозгу, так и степень компенсации этих нарушений возможно выявить только в случае, когда у пациента в процессе диагностического обследования совместно измеряются ульразвуковым Допплеровским методом параметры кровотока в основных артериях, питающих мозг, и степень оксигенации ткани головного мозга методом околоинфракрасной кранио-церебральной оксиметрии. С целью получения этих параметров и вычисления на их основе функциональных величин, характеризующих степень нарушения кровообращения мозга и механизм компенсации нарушений, предлагается способ оценки функционального состояния кровообращения и метаболизма головного мозга.

Способ реализуется следующим образом. У пациента измеряют массу тела, концентрацию гемоглобина в крови (Нb), записывают электрокардиограмму для точного измерения частоты сердечных сокращений, (RR) и основных фаз сердечного цикла - периода изгнания и периода диастолы. Инфракрасным церебральным оксиметром измеряют насыщение кислородом венозной крови (S_O2BR), оттекающей от головного мозга, на лобной поверхности в зоне проекции фронтального венозного синуса, и измеряют подходящим способом насыщение кислородом артериальной крови (S_O2ART). Потом ультразвуковым Допплеровским флоуметром измеряют диаметр правой и левой внутренней сонной артерии и диаметр левой и правой позвоночной артерии и вычисляют площадь поперечного сечения (S) артерии в этом месте. В тех же точках измеряют линейную скорость крови. Средняя линейная скорость течения крови V_сред измеряется автоматически. Через произведение V_сред на S получаем расход крови в каждой из артерий -

их сумма дает величину кровотока головного мозга - Q_B, в противном случае раздельно измеряют линейную скорость крови в фазу изгнания V_SIST и фазу диастолы V_DIAS. По скоростям и площади поперечного сечения сосуда вычисляют поток крови в период систолы (Q_SIST) и диастолы (Q_DIAS) -

За один сердечный цикл через сечение сосуда пройдет количество крови пропорциональное времени сердечного цикла (RR), за минуту пропорциональное частоте сердечных сокращений (ЧСС) -

где - выделенное сечение сосуда S, см²;

Q_SIST - количество крови, прошедшее через выделенное сечение сосуда S в фазу систолы, мл/с;

Q_DIAS - количество крови, прошедшее через выделенное сечение сосуда S в фазу диастолы, мл/с;

V_SIST - линейная скорость крови через сечение S сосуда в фазу систолы, см/с;

v_DIAS - линейная скорость крови через сечение S сосуда в фазу диастолы, см/с;

RR - длительность сердечного цикла, с;

A+K×RR - длительность фазы изгнания, с;

RR-(A+K×RR) - длительность фазы диастолы, с.

В приведенных выражениях для фаз изгнания и диастолы А и К - коэффициенты линейного уравнения, показывающего зависимость их длительности от величины RR, берутся из таблицы №28 в книге [Власов Ю.А. Онтогенез кровообращения человека. - Новосибирск: Наука, 1985. - 266 с., стр.94-95] соответственно возрасту и полу пациента.

Эти коэффициенты могут быть найдены и другим способом [Власов Ю.А. Онтогенез кровообращения человека. - Новосибирск: Наука, 1985. - 266 с., стр.93].

В этом случае для мужчин значение А находится по уравнению -

для женщин по уравнению -

где - В, возраст, лет.

Значение коэффициента К для мужчин находится по уравнению -

для женщин по уравнению -

ЧСС - частота сердечных сокращений, уд/мин.

Измеренные во всех четырех артериях потоки крови суммируются и, таким образом, вычисляется общее количество крови, поступившее по ним в головной мозг -

где Q_{Art Car Int sin} - левая внутренняя сонная артерия; Q_{Art Car Int dex} - правая внутренняя сонная артерия; Q_{Art Ver sin} - левая позвоночная артерия; Q_{Art Ver dex} - правая позвоночная артерия. Размерность - л/мин.

По измеренным значениям концентрации гемоглобина в крови и насыщению кислородом артериальной крови (S_O2ART) и крови, оттекающей от головного мозга (S_O2BR), вычисляют артериовенозную разность по кислороду для головного мозга AVDO_{2 BRAIN} -

Затем вычисляют собственно реальное потребление кислорода головным мозгом -

Далее вычисляется стандартная величина ПО₂ мозга по уравнениям из монографии [Литасова Е.Е., Власов Ю.А., Окунева Г.Н., Караськов A.M., Ломиворотов В.Н. Клиническая физиология искусственной гипотермии. - Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1997. - 565 с. (Стр. 233)] Вначале вычисляют массу головного мозга (М_В) по массе тела (М_Т): для мужчин - масса тела от 3,5 до 16,5 кг

масса тела от 16,5 до 67,2 кг

масса тела от 67,2 до 75,7 кг

для женщин -

масса тела от 3,4 до 19,4 кг

масса тела от 19,4 до 60,5 кг

масса тела от 60,5 до 70 кг

По вычисленной массе головного мозга вычисляют его потребление кислорода (должное) (ПО_{2 ДОЛЖ}) для мужчин -

масса мозга от 0,8 до 1,266 кг

масса мозга от 1,266 до 1,402 кг

масса мозга от 1,402 до 1,346 кг

для женщин -масса мозга от 0,794 до 1,212 кг

масса мозга от 1,212 до 1,292 кг

масса мозга от 1,292 до 1,185 кг

По вычисленному значению ПО_{2 ДОЛЖ} для головного мозга пациента и измеренному AVDO_{2 BRAIN} вычисляют нормальное значение кровотока головного мозга у пациента и производят сравнение с измеренными у него значениями Q_B и ПО_{2 МОЗГ}.

Таблица 1 Результаты измерения площади поперечного сечения основных артерий, питающих головной мозг, и вычисление по ним потока крови ФИО ВСА (Art Car Int) ПА (Art Verteb) Общий кровоток л/мин левая правая Q_B мл/мин левая правая Q_B мл/мин S, см² V, см/с S, см² V, см/с S, см² V, см/с S, см² V, см/с V_S V_D V_S V_D V_S V_D слева справа V_S V_D слева справа Д-в муж -     - -       0,18 64 19 0,22 64 20 337 414 0,751 Д-к муж 0,15 84 11,3525 0,2 82 11,3525 58,1 61 0,09 82 16,5 0,07 70 16,5 180 133 0,431662 Б-ов муж 0,11 120 11,3525 0,1 95 11,3525 53,5 53 0,11 80 16,5 0,11 56 16,5 220 175 0,500968 К-а жен 0,25 100 16,5 0,3 100 27,35 247 248 0,08 37 16 0,15 53 16 46,7 85,1 0,626622 Я-ц жен 0,15 56 27,35 0,2 80 27,35 143 144 0,1 38 27,35 0,13 50 27,35 89,9 118 0,494546 Примечание: ВСА - внутренняя сонная артерия (Art. Carotis interna); ПА - позвоночная артерия (Art. Vertebralis); V_S - линейная скорость движения крови в артериальных сосудах в фазу систолы, V_D и диастолы; Q_B, мл/мин - количество артериальной крови, поступающей в головной мозг слева и справа; S - площадь поперечного сечения сосуда.

Нормальное значение кровотока в головном мозге вычисляют по ПО_{2 ДОЛЖ} и измеренной AVDO_{2 BRAIN} -

Примеры использования способа.

В таблице 1 приведены примеры использования способа для измерения количества крови, поступающей в головной мозг у пациентов с атеросклерозом брахиоцефальных артерий.

В таблице 2 приведены исходные данные пациентов, результаты измерения Q_B и ПО_{2 МОЗГ} и результаты вычисления нормальных значений этих параметров ПО_{2 ДОЛЖ} и Q_{B ДОЛЖ} для их сравнения с измеренными.

Таблица 2 Исходные данные пациентов и сравнение измеренных Q_B и ПО_{2 МОЗГ} с вычисленными нормальными значениями ФИО лет масса тела, кг масса мозга, кг рост см Нв г/л ЧСС уд/в мин RR, c %H в O₂ Мозг (измерения) Мозг (вычисление нормальных значений) артер вена мозга Q_B л/мин ПО_{2 МОЗГ} мл/мин Q_{B ДОЛЖ}. л/мин ПО_{2 ДОЛЖ} мл/мин Д-в муж 58 65 1,3902 168 145 62 0,97 0,97 0,43 0,751 58,8033 0,5615 59,57316 Д-к муж 53 70 1,3662 167 150 77 0,78 0,97 0,49 0,432 42,55158 0,549745 54,19179 Б-ов муж 58 81 1,3202 178 156 66,1 0,91 0,96 0,49 0,501 49,77045 0,452681 44,97324 К-а жен 59 80 1,1256 158 160 68,4 0,88 0,95 0,58 0,627 50,26513 0,420179 33,70508 Я-ц жен 65 70 1,1857 155 140 70,5 0,85 0,96 0,67 0,495 27,20646 0,755113 41,54101

1. У первого пациента кровь в головной мозг поступает по правой и левой позвоночным артериям в количестве 0,751 л/мин. Объем поступающей крови обеспечивает нормальную величину ПО_{2 МОЗГ} - 58,8033 мл/мин при измеренной AVDO_{2 BRAIN}; сравнение с ПО_{2 ДОЛЖ} - 59,57316 мл/мин свидетельствует о достаточной компенсации позвоночными артериями ограничения поступления крови по внутренним сонным артериям.

2. У второго пациента кровь в головной мозг поступает по всем четырем артериям, но ее количество составляет около 78% указанной нормальной величины, и соответственно этому потребление кислорода головным мозгом снижено до 78,5% указанной в таблице нормальной величины. Эти данные указывают на существенные функциональные нарушения метаболизма головного мозга.

3. У третьего пациента в головной мозг по всем артериям поступает количество крови 0,501 л/мин, превышающее вычисленную нормальную величину - 0,452681 л/мин, и измеренное потребление кислорода головным мозгом превышает вычисленную норму. Эти данные свидетельствуют о том, что нарушение кровоснабжения головного мозга компенсировано за счет увеличения AVDO_{2 BRAIN} и повышения концентрации гемоглобина в крови.

4. У четвертой пациентки также за счет увеличенного поступления крови по всем четырем артериям, увеличения AVDO_{2 BRAIN} и увеличения концентрации гемоглобина в крови достигается нормальное потребление кислорода головным мозгом, то есть имеет место достаточная компенсация нарушенного кровоснабжения головного мозга.

5. У пятой пациентки измеренные величины кровотока в головном мозге и его потребления кислорода сильно снижены и не компенсированы - ни увеличением концентрации гемоглобина, ни увеличением AVDO_{2 BRAIN}. На основании этих данных можно заключить, что эта пациентка нуждается в срочной хирургической помощи.

Таким образом, способ позволяет не только оценить величину потока крови, поступающей в головной мозг, но и оценить реальную величину его метаболизма, естественно допуская сравнение с нормальными оценками кровотока и метаболизма головного мозга.

Литература

1. Шунькин А.В., Власов Ю.А., Окунева Г.Н., Караськов A.M., Ломиворотов В.Н., Дерягин М.Н. Способ определения метаболического и функционального резерва головного мозга во время кардиохирургической операции. Патент №2278386.

1. Мартыненков В.Я., Чурляев Ю.А., Лукашов К.В., Чеченин М.Г., Григорьев Е.В., Воеводин С.В., Редкокаша Л.Ю. Способ оценки метаболизма и системы транспорта кислорода к головному мозгу у больных с тяжелой черепно-мозговой травмой. Патент №2264162.

3. Москаленко Ю.Е. Кровоснабжение головного мозга. / Физиология кровообращения: физиология сосудистой системы. Ред. Б.И.Ткаченко. - Л.: Наука - 1984. - 652 с. Глава 11.2.1. - с.356-359.

4. Wade O.L., Bishop J.M. Cardiac output and regional blood flow. Oxford, 1962. 349р. Цит. по: Физиология кровообращения: регуляция кровообращнния. - Л.: Наука, - 1986. - 640 с.

5. Власов Ю.А. Онтогенез кровообращения человека. - Новосибирск: Наука, 1985. - 266 с. стр.94-95.

6. Литасова Е.Е., Власов Ю.А., Окунева Г.Н., Караськов A.M., Ломиворотов В.Н. Клиническая физиология искусственной гипотермии. - Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1997. - 565 с. (Стр. 233).

Изобретение относится к области медицины, а именно к неврологии и нейрохирургии. Определяют концентрацию гемоглобина, насыщение артериальной крови кислородом, массу тела, частоту сердечных сокращений, кардиоинтервалы и насыщение кислородом венозной крови, оттекающей от головного мозга, в зоне проекции фронтального венозного синуса мозга. Измеряют диаметр левой и правой внутренней сонной артерии, правой и левой позвоночной артерии и линейную скорость кровотока. Вычисляют по математической формуле в каждой артерии поток крови, пропорциональный RR и ЧСС. Затем рассчитывают сумму потоков крови по всем четырем артериям. Вычисляют артериовенозную разность по кислороду для головного мозга. Рассчитывают реальную величину потребления O₂ головным мозгом, массу головного мозга для мужчин и женщин по уравнениям. По вычисленной массе головного мозга рассчитывают должное потребление кислорода. Затем по полученным данным рассчитывают должную величину кровотока головного мозга. После этого производят сравнение измеренных значений с их должными величинами, по результатам которого делают заключение о функциональном состоянии кровообращения головного мозга. Способ позволяет оценить величину потока крови, поступающей в головной мозг, и оценить реальную величину его метаболизма. 2 табл.

Способ оценки кровообращения головного мозга и нарушений кровотока, включающий определение концентрации гемоглобина, насыщение артериальной крови кислородом, отличающийся тем, что дополнительно определяют массу тела, частоту сердечных сокращений (ЧСС), кардиоинтервалы(RR), насыщение кислородом венозной крови, оттекающей от головного мозга, на лобной поверхности в зоне проекции фронтального венозного синуса мозга, измеряют ультразвуковым Допплеровским флоуметром диаметр левой и правой внутренней сонной артерии, правой и левой позвоночной артерии и линейную скорость кровотока; вычисляют в каждой артерии поток крови, пропорциональный RR и ЧСС - (Q_i=1…4 в мл/мин) по формуле:
Q_i=1…4=((Vсред·(S))·RR·ЧCC,
где Vсред - средняя линейная скорость крови, см/с, S - площадь поперечного сечения артерии, см², RR - длительность кардиоцикла, с; вычисляют сумму потоков крови по всем четырем артериям (Qв) и приводят к размерности л/мин -
Qв=(Q_{Art Car Int sin}+Q_{Art Car Int dex}+Q_{Art Ver sin}+Q_{Art Ver dex})/1000,
где QQ_{Art Car Int sin} - поток крови, поступившей по левой внутренней сонной артерии, Q_{Art Car Int dex} - по правой внутренней сонной артерии, Q_{Art Ver sin} - по левой позвоночной артерии; Q_{Art Ver dex} - по правой позвоночной артерии; вычисляют по Hb, S_O2ART, S_O2BR артериовенозную разность по кислороду (O₂) для головного мозга в мл/л (AVDO_2BRAIN) по формуле - AVDO_2BRAIN=(Hb·1,355)·((S_O2ART)-(S_O2BR)), где Hb - концентрация гемоглобина в крови, г/л, 1,355 - константа Гюффнера, S_O2ART - насыщение артериальной крови кислородом, S_O2BR - насыщение венозной крови, оттекающей от мозга, вычисляют реальную величину потребления O₂ головным мозгом в мл/мин (ПО_2МОЗГ) - ПО_2МОЗГ=(Q_B)·(AVDO_2BRAIN),
где Q_В - суммарный поток крови в головной мозг по всем четырем артериям, л/мин, AVDO_2BRAIN - артериовенозная разность по O₂ головного мозга; затем рассчитывают массу головного мозга в кг (М в) по уравнениям - для мужчин - масса тела от 3,5 до 16,5 кг
M_B=(ЕХР(-1,917643851588))·(M_T ^{0,764426076249}),
масса тела от 16,5 до 67,2 кг
М_В=(ЕХР(0,0289037637372))·(М_Т ^{0,738351966992}),
масса тела от 67,2 до 75,7 кг
М_В=(ЕХР(1,310147490059))·(М_Т ^{-0,2349280570106}),
для женщин - масса тела от 3,4 до 19,4 кг
М_В=(ЕХР(-1,89182450835))·(М_Т ^{0,721610864956}),
масса тела от 19,4 до 60,5 кг
М_В=(ЕХР(0,0258563714068))·(М_Т ^{0,0561657485673}),
масса тела от 60,5 до 70 кг
М_В=(ЕХР(1,823456693571)·(М_Т ^{-0,3891158587}),
где М_Т - масса тела пациента;
по вычисленной массе головного мозга рассчитывают должное потребление кислорода (ПО_2ДОЛЖ) для мужчин
- масса мозга от 0,8 до 1,266 кг
ПО_2ДОЛЖ=(ЕХР(4,08782885202))·(М_В ^{0,433600308047})_;
масса мозга от 1,266 до 1,402 кг
ПО_2ДОЛЖ=(ЕХР(4,462891263025))·(М_В ^{-1,134006101564});
масса мозга от 1,402 до 1,346 кг
ПО_2ДОЛЖ=(ЕХР(2,29556445073))·(М_В ^{5,43800090291});
для женщин масса мозга от 0,794 до 1,212 кг
ПО_2ДОЛЖ=(ЕХР(4,02820800486))·(М_В ^{0,4580274922987});
масса мозга от 1,212 до 1,292 кг
ПО_2ДОЛЖ=(ЕХР(4,453301285286))·(М_В ^{-1,74353537041});
масса мозга от 1,292 до 1,185 кг
ПО_2ДОЛЖ=(ЕХР(3,04156301538))·(М_В ^{4,02301104805});
где М_В - масса головного мозга;
по полученным данным рассчитывают должную величину кровотока головного мозга в л/мин (Q_{B ДОЛЖ}) по формуле:
Q_B=(ПО_2ДОЛЖ)/(AVDO_2BRAIN),
где ПО_2ДОЛЖ - должная величина потребления O₂ головным мозгом, мл/мин, AVDO_2BRAIN - измеренная артериовенозная разность по O₂ головного мозга; после этого производят сравнение измеренных значений Q_B и ПО_2МОЗ с их должными величинами - Q_{B ДОЛЖ} и ПО_{2 ДОЛЖ}, по результатам которого делают заключение о функциональном состоянии кровообращения головного мозга.