Med-Practic
Посвящается выдающемуся педагогу Григору Шагяну

События

Анонс

У нас в гостях

Aктуальная тема

 

Медицинская наука Армении 3.2010

Оценка эффективности насосной функции сердца

Ключевые слова: модель, сердце, КПД, функциональное состояние, гемодинамика

1. Определение гемодинамического КПД сердца. Сердце – основной источник энергии, которая затрачивается на кровообращение по кровеносному руслу. Важнейшими энергетическими оценками сердца являются средняя (за минуту) мощность левого (Nлж) и правого (Nпж ) желудочков:

 

Nлж = K Pq,   (1) 

Nпж = K .Pла . q,  (2)  

                                              

где q – кровоток или минутный объем кровообращения, Pа– среднее артериальное давление, Pла–среднее легочно-артериальное давление, K–коэффициент размерности (при общепринятых в клинике единицах  измерений:   q–мл · мин–1, P–мм рт. ст. и N–Вт, K–0, 22 · 10–5). За счет этой энергии левый и правый желудочки обеспечивают поток крови соответственно в большом и малом  кругах кровообращения. Часть этой энергии расходуется также на собственное наполнение (при диастоле). При этом в качестве входной энергии, затрачиваемой на наполнение полости, можно определить среднюю мощность левого(Nлп) и правого (Nпп) предсердий:

                                                                                             

Nлп = K Pлп q,   (3) 

Nпп = K .Pпп . q,   (4) 

 

где Pлп – среднее давление в левом предсердии,  Pпп – среднее  давление  в правом  предсердии.

 

В клинической практике принято также определять полезную  мощность левого (Nл) и правого (Nп) сердца:

 

Nл =  Nлж - Nлп,     (5)

Nп =  Nпж – Nпп.    (6)

  

Эффективность работы сердца, как генератора потока крови, характеризуется гемодинамическим коэффициентом полезного действия (КПД). На основе энергетических оценок (1-6 ) КПД левого (ηл) и правого (ηп) сердца будут определяться так:         

 

        

 

При установившихся процессах системы кровообращения, когда кровоток одинаков для всех звеньев сердечно-сосудистой системы (ССС), подставляя равенства (1-4) в формулы (7) и (8), ηл и ηп будут определяться следующим образом:

 

 

Здесь следует особо отметить, что правые  части равенств (9) и (10) содержат величины  (Ра, Рла, Рлп и Рпп), измеряемые в условиях современной кардиохирургической клиники [3-5]. Следовательно, у контролируемых больных на основе формул (9) и (10) в каждый интересующий момент можно определить КПД левого (ηл) и правого (ηп) сердца.

 

2. Физиологическая  и клиническая значимость механического КПД сердца. Оценке эффективности работы сердца посвящен ряд физиологических исследований [2], однако предложенные количественные меры не нашли общепризнанной клинической применимости, что, вероятно, можно объяснить отсутствием всестороннего анализа и обоснования физиологической сущности и, что самое главное, выявления клинической значимости данных количественных критериев.

 

Раскрытие сущности КПД сердца было достигнуто преобразованием равенств (9) и (10) на основе математических моделей замкнутой сердечно-сосудистой системы [1, 4, 5]. В данных моделях взаимосвязь между основными функциональными величинами ССС (q, Pa, Pлa, Рлп, Рпп) выражается объединением законов Пуазейля, Франка-Старлинга и условия неразрывности струи для квазистатических режимов в следующем виде:

 

         

 

гдеи β – показатели слабости соответственно левого и правого сердца [4, 5],  ОПС – общее  периферическое сопротивление, ОЛС – общее легочное сопротивление.

 

Подстановка уравнений (11) – (14) в равенства (9) и (10) позволяет определить КПД сердца в следующем виде:

 

 

Примечательно, что, если формулы (9) и (10) удобны для определения КПД сердца у контролируемых больных (на основе измеряемых величин), то формулы (15) и (16) характерны для отражения физиологической и клинической значимости КПД сердца и его половин. Так, согласно формулам (15) и (16), гидравлическое сопротивление большого круга кровообращения влияет на эффективность работы левого сердца, сопротивление малого круга – правого, тогда как развитие слабости сердца (увеличение  и β) отражается (хотя и разнонаправленно) на КПД обеих половин сердца:

 

ηл = f (ОПС, ,β)

 ηп = f (ОЛС, β, )

 

Итак, КПД сердца может служить количественной мерой диссипации энергии в ССС. На КПД сердца непосредственно отражается совместное влияние функционального состояния левого и правого сердца, а также констрикция и дилятация сосудистой системы.

 

3. Анализ влияния параметров ССС на КПД сердца. Анализ влияния параметров ССС (ОПС, ОЛС,  и β) проводился с помощью математических моделей [1, 5] с использованием ЭВМ. Состояние ССС в норме в наших исследованиях характеризовалось численными значениями, приведенными в таблице.

 

Таблица

 

 

В этом состоянии КПД левого и правого сердца определяются значениями:


ηл = 0,9,      ηп = 0.5.

 

Приняв данное состояние за исходное, с помощью математической модели изучалась реакция гемодинамики в ответ на умеренные гипо- и гиперволемические тестовые воздействия и компенсаторное изменение параметров ОПС, ОЛС,  и β. На основе этих исследований были получены статические зависимости hл = f (ОПС), ηл = f (), ηл = f (β),  ηп = f (ОЛС),  ηп = f (),  hп = f (b). Графики зависимости КПД сердца от каждого из параметров приводятся на рисунке.

 

 

Статическая характеристика зависимости КПД левого (ηл) сердца от параметров сердечно-сосудистой системы: ОПС, ОЛС,  и β

 

Сплошными линиями на графиках показаны участки, в пределах которых при компенсаторном изменении какого-либо из параметров сохраняется устойчивое функционирование гемодинамики в физиологически допустимых пределах. Результаты анализа позволяют выделить и понять влияние ряда патологических сдвигов на КПД сердца.

 

Слабость левого сердца, количественно характеризуемая увеличением параметра , приводит к снижению КПД левого сердца и одновременно к увеличению КПД правого сердца. В частности, увеличение параметра  на 50% от исходного значения сопровождается 10% уменьшением hл и на 30%–увеличением hп (кривые 1 и 1/).

 

Слабость правого сердца, численно характеризуемая увеличением параметра β, влечет за собой значительное снижение КПД правого сердца, тогда как КПД левого сердца при этом остается практически неизменным. Так, увеличение  на 25% от исходного значения приводит к 50% уменьшению ηп, а увеличение ηл не достигает даже 1% (кривые 2 и 2/).

 

Вазоконстрикция и увеличение ОПС приводят к некоторому увеличению КПД левого сердца. В ответ на констрикцию легочного сосудистого ложа и увеличение ОЛС повышается КПД правого сердца. Аналогично вазодилятация и уменьшение ОПС и ОЛС характеризуются снижением соответственно КПД левого и правого желудочков сердца. В частности, в ответ на 50% увеличение ОПС КПД левого сердца увеличивается на 5%, а 25% увеличение ОЛС приводит к 20% увеличению ηл (кривые 3 и 4).

 

Важно отметить, что выделенные элементарные взаимоотношения практически в отдельности не встречаются. В клинической практике врач, как правило, наблюдает и оценивает результирующее проявление данных патофизиологических сдвигов. Исследования, выполненные с помощью  математической модели, позволили выявить и понять влияние каждого из сердечно-сосудистых компонентов на эффективность работы сердца и его половин.

 

Что касается  практического использования КПД сердца в качестве одного из основных параметров оценки состояния ССС больного, здесь остается невыясненным следующий вопрос: как оценить динамику изменения КПД сердца в конкретных ситуациях, на фоне общепринятых клинических показателей гемодинамики. Естественно, ответ требует клинического опыта в процессе определения КПД у различных больных. Однако, исходя из законов механики, заложенных в основу метода определения КПД, в качестве частного ответа можно привести следующее рассуждение.

 

При численном значении hл (кривая 1) левое сердце 85% воспроизводимой энергии затрачивает на преодоление сил вязкого трения в сосудистой системе. Оставшиеся 15% механической энергии расходуются в левом желудочке на преодоление упругих сил (при систоле). При сердечной недостаточности (слабости), в отличие от условий в норме или сосудистой недостаточности, увеличение КПД сердца следует оценить как отрицательную реакцию, поскольку при этом уменьшается энергия, затрачиваемая на работу слабого сердца.

 

Поступила 01.06.10

 

Литература

 

  1. Абрамян  А.С. В кн.: Вопросы кибернетики (регуляция и саморегуляция вегетативных функций). М., 1977.
  2. Абрамян А.С., Худавердян Д.Н. Математические модели системы кровообращения в экспериментальной  и клинической медицине. Ереван,  1996.
  3. Балантер И.Б., Ханин М.А.,Чернавский Д.С. Введение в математическое мoделирование патологических процессов. 1980.
  4. Allan L. D., Tynan M.J., Campbeii S. Echocardiographic and anatomical correlates in the fetus.  Br. Heart J., 1980, v.44, p.444-451.
  5. Allan L. D., Tynan M.J., Campbeii S.  Fetal echocardiography. <Echocardiography >,  Edinburgh, 1982, p. 144-164.

 

Автор. А.С. Абрамян, С.Л. Варданян Ереванский медицинский университет им. М. Гоша 0065, Ереван, Себастия, 3/7 УДК 612.13.612.17
Источник. Медицинская наука Армении 3.2010
Информация. med-practic.com
Авторские права на статью (при отметке другого источника - электронной версии) принадлежат сайту www.med-practic.com
Share |

Вопросы, ответы, комментарии

Читайте также

Современные направления в понимании процессов воспаления и роли симпато-адреналовой системы в модуляции воспаления (Обзоры)

Ключевые слова: воспаление, симпато-адреналовая система, иммунитет, периодическая болезнь, глюкокортикоиды, катехоламины

Согласно теории адаптации и дезадаптации, воспаление является защитным фактором, ответом на внешние и внутренние патогенные раздражители (патогены, аутоиммунные антигены и повреждение)...

Некоторые биохимические особенности повреждения почечной ткани при синдроме длительного раздавливания

Ключевые слова: синдром длительного раздавливания (СДР), почки, синтез белка, пептиды, токсины, компрессия, декомпрессия 

Быстрое расстройство скелетных мышц при длительном раздавливании в результате воздействия физических, химических или биологических факторов, названное рабдомиолизисом...

Спонтанная электрическая активность области соединения мочеточника с мочевым пузырем: сравнительный анализ характеристик для кошек и крыс (сообщение 1)

Ключевые слова: пейсмекерная активность, медленноволновые колебания мембранного потенциала, потенциал действия, околопочечная зона, околопузырная зона

Согласно электрофизиологическому анализу верхних мочевыводящих путей, возбудительные волны гладкомышечной ткани мочеточника зарождаются в дистальной части почечной лоханки...

Влияние анемизации на характеристики электрической активности дистальной области мочеточника крыс (сообщение 2)

Ключевые слова: мочеточник, пиелоуретеральное соустье, околопузырная зона, спонтанная активность, артерия Renalis, автоматизм, ритмогенез

Характерной особенностью гладкомышечной ткани мочеточника является наличие в околопочечной области (зона пиелоуретерального соустья) медленноволнового высокоавтономного автоматизма...

Сравнительный анализ фоновой импульсной активности нейронов голубого пятна у контрольных и паратиреопривных крыс

Ключевые слова: околощитовидные железы, голубое пятно, паратгормон

В последние десятилетия увеличился интерес к проблеме взаимодействия различных систем в реализации стресс-реакций, вызванных всевозможными причинами...

Влияние Lactobacillus acidophilus на индукцию эндотоксиновой толерантности культивируемых моноцитов человека

Ключевые слова: Lactobacillus acidophilus, LPS, IL-10, IL-1ß, моноциты периферической крови человека

Иммунная система не только распознает патогены и отвечает индукцией провоспалительных медиаторов, но способна также подавлять воспаление, которое может вызывать тканевую деструкцию [3]...

Восстановление нитратов в желудочно-кишечном тракте – риск канцерогенного действия

Ключевые слова: молочнокислые бактерии, нитраты, нитриты, нитрозоамины, патогенные микроорганизмы, энтеробактерии

Качество и безопасность пищи имеют важное значение для здоровья человека. В последние годы большую опасность  для человека представляют загрязнители пищевых продуктов...

Ультразвуковое исследование сердца и органов брюшной полости у детей и подростков с деформацией грудной клетки и позвоночника при наследственной патологии

Ключевые слова: наследственная патология, деформация грудной клетки и позвоночника, ультразвуковое и электрокардиографическое исследование сердца, органов брюшной полости

Яркими представителями наследственных коллагенопатий являются болезнь Марфана-Ашара, синдром Элерса-Данлоса, несовершенный остеогенез, семейная гипермобильность суставов, периодическая болезнь (ПБ)...

Эхографический мониторинг, лапароскопические находки и гистоморфологическая картина эндометрия у больных хроническим неспецифическим сальпингоофоритом

Ключевые слова: аутоиммунный оофорит, мелкокистозная дегенерация яичников, повышение  эхоплотности стромы

Несмотря на определенные успехи в диагностике воспалительных заболеваний  придатков матки и возросшие возможности терапии, их частота не имеет тенденции к заметному снижению [2–4]...

Сравнительный анализ антибактериального действия препаратов для наружного применения, содержащих комплексы йода

Ключевые слова: комплексы йода, наружное применение, Арменикум 

Сравнительно недавно было доказано, что применение комплексов йода с различными веществами позволяет использовать его для длительного наружного применения [3,4]...

О состоянии здоровья врача-психиатра

Ключевые слова: здоровье психиатра, уровень жизни, качество жизни, профессиональный стресс 

Сохранение и продление активной жизнедеятельности человека является приоритетным направлением здравоохранения. В решении стратегических задач в сфере здравоохранения одним из главных ресурсов является медицинский персонал...

Соотношение стоимость–эффективность для периндоприла, лизиноприла и эналаприла у больных с хронической сердечной недостаточностью

Ключевые слова: хроническая сердечная недостаточность, фармакоэкономический анализ, соотношение стоимость–эффективность, ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента

В последние годы большое внимание уделяется фармакоэкономике используемых методов лечения. Этот интерес обусловлен несколькими факторами...

САМЫЕ ЧИТАЕМЫЕ СТАТЬИ