СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИПО-НОРМО-ГИПЕРВОЛЕМИИ СОСУДИСТОГО РУСЛА ЧЕЛОВЕКА В ПОКОЕ Российский патент 2014 года по МПК A61B5/00 

Изобретение относится к медицине, в частности к определению показателей, отражающих функциональное состояние сердечно-сосудистой системы человека, и может быть использовано в клинической физиологии, физической культуре и спорте, кардиологии, других областях медицины. Одним из важнейших показателей центральной гемодинамики является объем циркулирующей крови (ОЦК). Экспериментальные методы оценки ОЦК, как и методы оценки минутного объема крови (МОК), основаны на различных модификациях классического метода разведения индикаторов и в широкой практике применяются очень редко. Но МОК можно оценить современными неинвазивными методами исследования [1] - тетраполярной реокардиографией, ультразвуковыми аппаратами для исследования сердца, позволяющими оценить ударный объем (УО) и, соответственно, МОК (МОК=УО·ЧСС). Для оценки ОЦК эти методы не используются из-за отсутствия понимания гемодинамической взаимосвязи между этими 2-мя объемными показателями.

Еще хуже обстоит дело с оценкой должного объема циркулирующей крови (ДОЦК). Самая распространенная оценка ОЦК осуществляется с помощью формулы: ОЦК=k·МТ, где МТ - масса тела (кг), k - безразмерный коэффициент (при нормальной массе тела у мужчин равен 70, у женщин - 65), ОЦК - объем циркулирующей крови (мл).

Эта формула пришла в медицину из сравнительной физиологии, где считается, что у большинства млекопитающих общий объем крови составляет от 60 до 70 см³ на 1 кг массы тела [5]: Vк=65,6·МТ^1,02 (Stahl, 1967). В сравнительной физиологии, где с помощью аллометрических уравнений надо на одном графике «уложить» и мышь, и слона, это удачный подход к решению этой проблемы. Тем более, что измерение массы тела задача тривиальная, тогда как измерение объема тела - нет (единственный надежный способ такого измерения - метод Архимеда).

Но делать вид, что у человека ОЦК прямо пропорционален массе тела вне зависимости от размеров тела - полная бессмыслица. ОЦК фактически совпадает с объемом сосудов, по которым движется кровь. При изменении размеров тела объем сосудов изменяется пропорционально изменению объема тела при условии, что тела можно рассматривать как геометрически подобные. Тела различных людей, безусловно, можно рассматривать как подобные в случае нормального соотношения роста и веса. Математически объем тела можно описать произведением V_т=Р·МТ·k, где Р - рост, МТ - масса тела, k - коэффициент, зависящий от соотношения в теле воды, тощей массы и жира. В случае нормального соотношения роста и массы тела у людей коэффициент k можно считать практически одинаковым, а отношение объемов тел (V_т) рассчитывать исходя из показателей роста и массы тела, т.е. V_т1/V_т2=(P₁·MT₁)/(P₂·MT₂). Но точно такое же соотношение будет и между объемами циркулирующей крови двух подобных тел: ОЦК₁/ОЦК₂=(P₁·MT₁)/(P₂·MT₂). Это соотношение будет неверным лишь в тех случаях, когда тела нельзя считать геометрически подобными, т.е. когда нарушаются нормальные соотношения между ростом и массой тела и, соответственно, коэффициент k имеет различные значения. Но во всех этих «неверных» случаях рост будет оказывать большее влияние на объем сосудов и истинное значение ОЦК, нежели масса тела. При низкой массе тела и высоком росте ОЦК будет «непропорционально» большим, а при избыточно высокой относительно роста массе тела ОЦК будет, наоборот, «непропорционально» маленьким. Из этого следует, что определение ДОЦК должно строиться не столько на массе тела, сколько на его объемных характеристиках.

Известен способ определения минутного объема крови (МОК) и общего периферического сопротивления сосудов (ОПСС) - патент РФ №2481785 - прототип.

У испытуемого в состоянии покоя измеряют частоту сердечных сокращений (ЧСС), систолическое артериальное давление (САД), диастолическое артериальное давление (ДАД), вес и рост.

После этого определяют общее периферическое сопротивление сосудов (ОПСС). Величина ОПСС пропорциональна диастолическому артериальному давлению (ДАД) - чем больше ДАД, тем больше ОПСС; временным интервалам между периодами изгнания (Тпи) крови из желудочков сердца - чем больше интервал между периодами изгнания, тем больше ОПСС; объему циркулирующей крови (ОЦК) - чем больше ОЦК, тем меньше ОПСС (ОЦК зависит от веса, роста и пола человека).

ОПСС рассчитывают по формуле: ОПСС=К·ДАД·(Тсц-Тпи)/Тпи, где ДАД - диастолическое артериальное давление;

Тсц - период сердечного цикла, вычисляемый по формуле Тсц=60/ЧСС;

Тпи - период изгнания, вычисляемый по формуле: Тпи=0,268·Тсц^0,36≈Тсц·0,109+0,159;

К - коэффициент пропорциональности, зависящий от массы тела (МТ), роста (Р) и пола человека. К=1 у женщин при МТ=49 кг и Р=150 см; у мужчин при МТ=59 кг и Р=160 см. В остальных случаях К для здоровых испытуемых вычисляется по правилам, представленным в табл.1.

МОК рассчитывается по уравнению: МОК=Ср.Да·133,32·60/ОПСС, где Ср.Да - среднее давление в аорте, вычисляемое по формуле: Ср.Да=(САД+ДАД)/2; 133,32 - количество Па в 1 мм рт.ст.; ОПСС - общее периферическое сопротивление сосудов (Па·мл^-1·с).

Недостатком этого способа является неправильный подход к оценке коэффициента пропорциональности К при небольшой массе тела - формула перевернута наоборот по отношению к обычным случаям. Переворот формулы вычисления коэффициента К нарушает физическую и физиологическую логику, т.к. означает, что с уменьшением массы тела ОЦК должен увеличиваться. Но это верно лишь в тех случаях, когда при небольшой массе тела у человека высокий рост, когда повышены резервные возможности организма, либо, когда эти два обстоятельства сходятся вместе. Для вычисления ДОЦК такие «перевороты», нарушающие общую закономерность, не нужны.

Т.к. формула определения ОПСС в прототипе фактически зависит от ОЦК, более правильно начинать вычисление основных гемодинамических характеристик именно с ОЦК (с должного ОЦК), а не с ОПСС. Анализ уравнений прототипа, при условии, когда введенный в эти уравнения коэффициент К=1 позволил вычислить ДОЦК (3999,6 мл) при росте и весе, взятых за эталон при расчетах (женщина 150 см 49 кг, мужчина 160 см 59 кг; идеальное соотношение роста и веса в этих расчетах почти как у Брока, МТ=Р-101). Это, в свою очередь, позволило вывести новое уравнение для вычисления ДОЦК или ОЦК при нормальных росто-весовых соотношениях:

у женщин ДОЦК=3999,6·Р·МТ/(150·49)=Р·МТ/1,838,

у мужчин ДОЦК=3999,6·Р·МТ/(160·59)=Р·МТ/2,36.

Из этих уравнений следует, что больший объем крови (а следовательно, и сосудов) на 1 кг массы тела в норме должен наблюдаться у женщин, а не у мужчин (причем при беременности ОЦК женщин дополнительно увеличивается). ОЦК мужчин обычно выше, чем у женщин, просто потому, что в среднем у мужчин более высокие значения роста и массы тела.

В случае, если известно значение ОЦК (ДОЦК), уравнения прототипа могут быть переписаны в ином виде.

Определение общего периферического сопротивления сосудов (ОПСС):

ОПСС=3999,6/ОЦК·ДАД·(Тсц-Тпи)/Тпи,

где 3999,6 - должный объем ОЦК (в мл) при эталонных для расчетов росте и весе человека; ОЦК - объем циркулирующей крови; ДАД - диастолическое артериальное давление; Тсц - период сердечного цикла, вычисляемый по формуле Тсц=60/ЧСС; Тпи - период изгнания, вычисляемый по формуле [2]: Тпи=0,268·Тсц^0,36≈Тсц·0,109+0,159. Т.е. ОПСС пропорционально диастолическому артериальному давлению (ДАД) - чем больше ДАД, тем больше ОПСС; временным интервалам между периодами изгнания (Тпи) крови из желудочков сердца - чем больше интервал между периодами изгнания, тем больше ОПСС; и обратно пропорционально объему циркулирующей крови (ОЦК) - чем больше ОЦК, тем меньше ОПСС.

Если в уравнение расчета МОК (МОК=Ср.Да·133,32·60/ОПСС) подставить выражения для вычисления Ср.ДА (Ср.Да=(САД+ДАД)/2) и вычисления ОПСС по новой формуле и сделать ряд преобразований, получается уравнение:

МОК=ОЦК·(САД+ДАД)·Тпи/ДАД/(Тсц-Тпи).

Это уравнение фактически показывает соотношение между значениями МОК и ОЦК в покое и может быть использовано для определения ОЦК, если известен МОК.

Технический результат состоит в повышении достоверности определения показателей, отражающих функциональное состояние сердечно-сосудистой системы человека за счет использования при вычислениях физически и физиологически обоснованных формул.

Заявляется способ определения гипо-нормо-гиперволемии сосудистого русла человека в покое, отличающийся тем, что для оценки гипо-нормо-гиперволемии сосудистого русла вычисляют отклонение объема циркулирующей крови (ОЦК) от должного объема циркулирующей крови (ДОЦК) (Ооцк, в %):

Ооцк=(ОЦК/ДОЦК-1)·100,

если Ооцк±10%, то делают заключение о нормоволемии;

если Ооцк>+10%, то делают заключение о гиперволемии;

если Ооцк<-10%, то делают заключение о гиповолемии,

гипо-гипер-волемические отклонения сопоставляют с отклонениями от нормы массы тела по формуле: Омт=(МТ/(Р-101)-1)·100, где Омт - отклонение от нормы массы тела (%), МТ - масса тела (кг), Р - рост (см),

гиповолемические изменения при Ооцк+Омт>0 связаны с избыточной массой тела, при Ооцк+Омт<0 с характерными для гипертонии изменениями состояния сосудистого русла,

гиперволемические изменения при Ооцк+Омт<0 связаны с относительным уменьшением массы тела, при Ооцк+Омт>0 с повышением резервных возможностей организма;

значение ОЦК в покое определяют из соотношения: ОЦК=МОК/ИМОК, где МОК - минутный объем крови, который определяют методом тетраполярной реокардиографии или методом ультразвукового исследования сердца,

ИМОК - индекс МОК определяют по формуле:

ИМОК=(САД+ДАД)·Тпи/ДАД/(Тсц-Тпи),

где САД - систолическое артериальное давление, ДАД - диастолическое артериальное давление, Тсц - период сердечного цикла, вычисляемый по формуле Тсц=60/ЧСС, Тпи - период изгнания, вычисляемый по формуле:

Тпи=0,268·Тсц^0,36≈Тсц·0,109+0,159;

ДОЦК в покое, вычисляют:

у женщин по формуле ДОЦК=МТ·P/1,838;

у мужчин по формуле ДОЦК=МТ·Р/2,36.

У испытуемого в состоянии покоя измеряют частоту сердечных сокращений (ЧСС), систолическое артериальное давление (САД), диастолическое артериальное давление (ДАД), минутный объем крови (МОК) с помощью ультразвукового исследования (УЗИ) сердца или с помощью тетраполярной реокардиографии (ТРК), рост и вес.

1. Определение ОЦК.

Вычисляют индекс минутного объема крови (ИМОК), показывающий - сколько ОЦК за 1 минуту проходит через круг кровообращения:

ИМОК=(САД+ДАД)·Тпи/ДАД/(Тсц-Тпи),

где САД - систолическое артериальное давление; ДАД - диастолическое артериальное давление; Тсц - период сердечного цикла, вычисляемый по формуле Тсц=60/ЧСС; Тпи - период изгнания, вычисляемый по формуле [2]:

Тпи=0,268·Тсц^0,36≈Тсц·0,109+0,159.

Значение ОЦК определяют из соотношения:

ОЦК=МОК/ИМОК.

2. Определение должного объема циркулирующей крови (ДОЦК) в покое:

у женщин ДОЦК=Р·МТ/1,838

у мужчин ДОЦК=Р·МТ/2,36

где Р - рост в см, МТ - масса тела в кг.

3. Отклонение ОЦК от должного значения (О_оцк, в %) оценивают по формуле:

О_оцк=(ОЦК/ДОЦК-1)·100.

Если О_оцк±10% - это свидетельствует о нормоволемии.

Если О_оцк>+10% - это свидетельствует о гиперволемии, иногда является признаком повышенных резервных возможностей организма.

Если О_оцк<-10% - это свидетельствует о гиповолемии, встречающейся при гипертонии, повышенной массе тела и т.д.

Гипо-гипер-волемические отклонения сопоставляются с отклонениями от нормы массы тела по формуле: О_мт=(МТ/(Р-101)-1)·100. Гиповолемические изменения вызваны: при О_оцк+О_мт>0 - избыточной массой тела, при О_оцк+О_мт<0 - изменениями сосудистого русла, характерными для развития гипертонии. Гиперволемические изменения связаны: при О_оцк+О_мт<0 - с относительным уменьшением массы тела, при О_оцк+О_мт>0 - с повышением резервных возможностей организма.

В таблицах 2 и 3 приведены примеры рассчитанных по этому способу показателей ОЦК и ДОЦК у здоровых испытуемых в возрасте 18-23 лет. МОК определялся с помощью ТРК (погрешность 15%).

Реализация способа осуществляется следующим образом.

Для проведения измерений ЧСС, САД, ДАД, веса и роста могут использоваться любые сертифицированные аппараты для автоматического, полуавтоматического, ручного измерения пульса, артериального давления, веса и роста. У испытуемого в состоянии покоя измеряют ЧСС, САД, ДАД, массу тела (вес) и рост. Для определения МОК могут быть использованы любые сертифицированные аппараты для тетраполярной реокардиографии или для ультразвукового исследования сердца (позволяющие оценить ударный объем и МОК).

Для определения ОЦК вычисляют ИМОК:

ИМОК=(САД+ДАД)·Тпи/ДАД/(Тсц-Тпи),

где САД - систолическое артериальное давление; ДАД - диастолическое артериальное давление; Тсц - период сердечного цикла, вычисляемый по формуле Тсц=60/ЧСС; Тпи - период изгнания, вычисляемый по формуле [2]:

Тпи=0,268·Тсц^0,36≈Тсц·0,109+0,159.

Значение ОЦК определяют из соотношения:

ОЦК=МОК/ИМОК.

ДОЦК вычисляют: у женщин по формуле ДОЦК=Р·МТ/1,838;

у мужчин ДОЦК=Р·МТ/2,36; где Р - рост (в см), МТ - масса тела (в кг).

Отклонение ОЦК от должного значения (О_оцк, в %) оценивают по формуле:

О_оцк=(ОЦК/ДОЦК-1)·100.

Если О_оцк±10% - это нормоволемия.

Если О_оцк>+10% - это гиперволемия.

Если О_оцк<-10% - это гиповолемия.

Гипо-гипер-волемические отклонения сопоставляются с отклонениями от нормы массы тела по формуле: О_мт=(МТ/(Р-101)-1)·100. Гиповолемические изменения вызваны: при О_оцк+О_мт>0 - избыточной массой тела, при О_оцк+О_мт<0 - изменениями сосудистого русла, характерными для развития гипертонии. Гиперволемические изменения связаны: при О_оцк+О_мт<0 - с относительным уменьшением массы тела, при О_оцк+О_мт>0 - с повышением резервных возможностей организма.

Реализация способа поясняется нижеприведенными примерами.

Пример 1.

Женщина - 34 г., рост 164 см, МТ 65 кг, ЧСС 71 уд./мин, САД 113 мм рт.ст., ДАД 71 мм рт.ст., МОК (метод ТРК) 6319 мл.

1) Тсц=60/71=0,845 с; Тпи=0,845·0,109+0,159=0,251 с;

ИМОК=(113+71)·0,251/71/(0,845-0,251)=1,095;

ОЦК=6319/1,095=5771 мл;

2) ДОЦК=164·65/1,838=5800 мл;

3) О_оцк=(5771/5800-1)·100=-0,5%, т.е. - нормоволемия.

Пример 2.

Мужчина, 50 лет, 168 см, 83 кг, ЧСС 81, САД 123 мм рт.ст., ДАД 73 мм рт.ст., МОК (УЗИ) 5346 мл.

1) Тсц=60/81=0,741 с; Тпи=0,741·0,109+0,159=0,24 с;

ИМОК=(123+73)·0,24/73/(0,741-0,24)=1,286;

ОЦК=5346/1,286=4157 мл;

2) ДОЦК=168·83/2,36=5908

3) О_оцк=(4157/5908-1)·100=-29,6%.

О_мт=(83/(168-101)-1)·100=23,9%.

О_оцк+О_мт=-29,6+23,9=-5,7%

Такая гиповолемия обусловлена не только избыточной массой тела, но и изменениями состояния сосудистого русла, характерными для развития гипертонии. В анамнезе пациента жалобы на постоянные повышения показателей артериального давления.

Пример 3.

Мужчина, 50 лет, 171 см, 71 кг, ЧСС 81 уд./мин, САД 154 мм рт. ст., ДАД 98 мм рт ст., МОК (ТРК) 5508 мл.

1) Тсц=0,741 Тпи=0,24 Тсц-Тпи=0,501

ИМОК=(154+98)·0,24/98/0,501=1,23

ОЦК=5508/1,23=4478 мл

2) ДОЦК=171·71/2,36=5144 мл

3) О_оцк=(ОЦК/ДОЦК-1)·100=(4478/5144-1)·100=-13% - гиповолемия.

О_мт=(МТ/(Р-101)-1)·100=(71/(171-101)-1)·100=1,4%.

О_оцк+О_мт=-13+1,4=-11,6%

Гиповолемия из-за характерных для гипертонии изменений состояния сосудистого русла.

Пример 4.

Мужчина, 19 лет, 171 см, 60 кг, ЧСС 78, САД 129 мм рт.ст., ДАД 79 мм рт.ст., МОК (ТРК) 6318 мл.

1) Тсц=0,7692 Тпи=0,2428 Тсц-Тпи=0,5264

ИМОК=1,214

ОЦК=6318/1,214=5204

2) ДОЦК=171·60/2,36=4392

3) О_оцк=(ОЦК/ДОЦК-1)·100=(5204/4392-1)·100=18,5% - гиперволемия.

О_мт=(МТ/(Р-101)-1)·100=(60/(171-101)-1)·100=-14,3%.

О_оцк+О_мт=18,5-14,3=4,2%

Такая гиперволемия связана не только с относительным снижением массы тела, но и с повышенными резервными возможностями организма. У этого испытуемого время задержки дыхания после спокойного вдоха составило 85 с (норма: 40-45 с), а после глубокого вдоха - 181 с (или 2 минуты 21 с).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зислин Б.Д., Чистяков А.В. Мониторинг дыхания и гемодинамики при критических состояниях. - Екатеринбург: Сократ, 2006. - 336 с., с.164-198.

2. Карпман В.Л. Фазовый анализ сердечной деятельности. М., 1965. 275 с., с.111.

3. Пестряев В.А., Кинжалова С.В., Макаров Р.А. Способ определения минутного объема крови и общего периферического сопротивления сосудов. Патент РФ на изобретение №2481785, опубликовано 20.05.2013.

4. Филимонов В.И. Руководство по общей и клинической физиологии. - М.: Медицинское информационное агентство, 2002. - 958 с., с.297, 414-415, 420-421, 434.

5. Шмидт-Ниельсен К. Размеры животных: почему они важны? - М.: Мир, 1987. - 259 с., с.128.

Изобретение относится к медицине, в частности к клинической физиологии, физической культуре и спорту, кардиологии. Для оценки гипо-нормо-гиперволемии сосудистого русла вычисляют отклонение объема циркулирующей крови (ОЦК) от должного объема циркулирующей крови (ДОЦК) (О_оцк, в %) по математической формуле. И если О_оцк±10%, то делают заключение о нормоволемии; если О_оцк>+10%, то делают заключение о гиперволемии; если О_оцк<-10%, то делают заключение о гиповолемии. После чего гипо-гипер-волемические отклонения сопоставляют с отклонениями от нормы массы тела (О_мт) по формуле. При этом гиповолемические изменения при О_оцк+О_мт>0 связаны с избыточной массой тела. При О_оцк+О_мт<0 с характерными для гипертонии изменениями состояния сосудистого русла. Гиперволемические изменения при О_оцк+О_мт<0 связаны с относительным уменьшением массы тела. При О_оцк+О_мт>0 с повышением резервных возможностей организма. Определяют значение ОЦК в покое по математической формуле, для чего определяют показатель ИМОК индекса МОК - минутный объем крови, который определяют методом тетраполярной реокардиографии или методом ультразвукового исследования сердца по формуле. Способ позволяет повысить достоверность определения показателей, отражающих функциональное состояние сердечно-сосудистой системы человека за счет учета при вычислениях физически и физиологически обоснованных показателей. 4 пр., 3 табл.

Способ определения гипо-нормо-гиперволемии сосудистого русла человека в покое, отличающийся тем, что для оценки гипо-нормо-гиперволемии сосудистого русла вычисляют отклонение объема циркулирующей крови (ОЦК) от должного объема циркулирующей крови (ДОЦК) (О_оцк, в %):
О_оцк=(ОЦК/ДОЦК-1)·100,
если О_оцк±10%, то делают заключение о нормоволемии;
если О_оцк>+10%, то делают заключение о гиперволемии;
если О_оцк<-10%, то делают заключение о гиповолемии,
гипо-гипер-волемические отклонения сопоставляют с отклонениями от нормы массы тела по формуле: О_мт=(МТ/(Р-101)-1)·100, где О_мт - отклонение от нормы массы тела (%), МТ - масса тела (кг), Р - рост (см),
гиповолемические изменения при О_оцк+О_мт>0 связаны с избыточной массой тела, при О_оцк+О_мт<0 с характерными для гипертонии изменениями состояния сосудистого русла,
гиперволемические изменения при О_оцк+О_мт<0 связаны с относительным уменьшением массы тела, при О_оцк+О_мт>0 с повышением резервных возможностей организма;
значение ОЦК в покое определяют из соотношения: ОЦК=МОК/ИМОК, где МОК - минутный объем крови, который определяют методом тетраполярной реокардиографии или методом ультразвукового исследования сердца,
ИМОК - индекс МОК определяют по формуле:
ИМОК=(САД+ДАД)·Т_пи/ДАД/(Т_сц-Т_пи),
где САД - систолическое артериальное давление, ДАД - диастолическое артериальное давление, Т_сц - период сердечного цикла, вычисляемый по формуле Т_сц=60/ЧСС, Т_пи - период изгнания, вычисляемый по формуле:
Т_пи=0,268·Т_сц ^0,36≈Т_сц·0,109+0,159;
ДОЦК в покое, вычисляют:
у женщин по формуле ДОЦК=МТ·P/1,838;
у мужчин по формуле ДОЦК=МТ·Р/2,36.