Клінічні методи вимірювання серцевого викиду - динаміка серцево-судинної системи
Було б надзвичайно важливо мати можливість прямо і безпосередньо вимірювати і висловити в цифрах функції серця людини, однак прямі вимірювання хвилинного обсягу серця або ударного обсягу у людини поки неможливі. Найбільш прямий метод дослідження цих величин заснований на вимірюванні площі серцевої тіні серця на рентгенограмах під час систоли і діастоли. В останні роки було запропоновано значну кількість методів для визначення серцевого викиду за допомогою непрямих методів. Основні принципи і можливості найбільш поширених в даний час методик описані нижче.
МАЛ. 2.14. ПРИНЦИП Фіка.
У разі, якщо кожен з судин на стрічці конвеєра може помістити 5 мл рідини, а стрічка конвеєра рухається під резервуаром, з якого рідина витікає зі швидкістю 250 мл / хв, необхідно рухати конвеєр з такою швидкістю, щоб в хвилину змінилося 50 судин, так як лише в цьому випадку кожен з них виявиться повністю наповненим рідиною. Подібно до цього кожні 100 мл крові, що проходять через легені можуть поглинати 5 мл кисню (артеріовенозна різниця по кисню) і 250 мл кисню поглинається в легенях протягом кожної хвилини. Таким чином, помноживши 50 на 100, ми отримаємо 5000 мл крові, яка повинна протікати через легені в хвилину, щоб забезпечити поглинання даної кількості кисню. Це і є принцип Фіка в додатку до визначення хвилинного об`єму крові.
Слід підкреслити, проте, що ні серцевий викид, ні ударний обсяг не дають можливості адекватно оцінити функцію серця. Значні зміни функціонального стану серця і різних сторін його діяльності можуть, як це не дивно на перший погляд, і не супроводжуватися зміною ударного обсягу. Тому на додаток до методик вимірювання серцевого викиду необхідно застосовувати різноманітні методи прямої оцінки динаміки скорочень шлуночків серця.
Деякі з цих методів і їх можливості будуть розібрані нижче.
ПРИНЦИП Фіка
Кровотік через орган можна визначити в разі, якщо вводити в протікає кров будь-якої індикатор або визначати кількість речовини, що виділяється з крові, що протікає через цей орган. У разі вимірювання кровотоку через легені принцип Фіка заснований на визначенні обсягу крові, необхідного для транспорту кисню, що поглинається в альвеолах протягом 1 хв.
МАЛ. 2.15. ВИЗНАЧЕННЯ хвилинний об`єм серця НА ОСНОВІ ПРИНЦИПУ Фіка.
Для обчислення хвилинного обсягу крові на основі принципу Фіка необхідне одночасне визначення поглинання кисню в легенях і артериовенозной різниці по кисню. Повітря, що видихається збирається для вимірювання величини поглинання кисню, кров витягується з легеневої артерії і пропускається через кюветним оксиметр таким чином, щоб вміст кисню
в змішаній венозній крові визначалося за показниками гальванометра. Вміст кисню в артеріальній крові вимірюється шляхом взяття проби крові з артерії. Артеріовенозна різниця по кисню в мілілітрах кисню на 100 мл крові обчислюється шляхом віднімання вмісту кисню в змішаній венозній крові зі змісту його в артеріальній крові.
Принцип методу є досить простим і може бути схематично проілюстровано, якщо зобразити кисневу ємкість крові у вигляді судин певної ємності, які прямують на стрічці конвеєра (рис. 2.14).
Вимірювання споживання кисню
Методика вимагає точного визначення кількості споживаного кисню протягом обумовленого проміжку часу. Це можна зробити, збираючи видихнути в спірометр повітря в точно обумовлені інтервали часу і аналізуючи проби повітря в спірометрі (рис. 2.15). Порівнюючи вміст кисню у всьому обсязі газу в спірометрі з вмістом його в такому ж обсязі атмосферного повітря, можна точно виміряти кількість поглиненого кисню.
Величина артериовенозной різниці по кисню
Для того щоб виміряти серцевий викид, необхідно визначити об`ємний вміст кисню в артеріальній і венозній крові і обчислити артериовенозную різниця по кисню. Артеріальна кров в будь-яких артеріях тіла має в нормі одне і те ж вміст кисню, але для того, щоб визначити значення артериовенозной різниці по кисню, потрібно досліджувати кількість кисню в змішаній венозній крові. Вміст кисню в крові тієї чи іншої вени залежить від інтенсивності функцій органу, від якого відтікає ця кров.
Так, наприклад, кров, відтікає від нирок або шкіри, зазвичай значно насичена киснем, в той час як кров, відтікає від серцевої і інтенсивно працюють скелетних м`язів, містить вельми мала кількість цього газу. Вміст кисню в венах інших органів є проміжним між цими двома крайніми величинами. Так як в венах існує ламінарний плин крові, то вміст кисню в венозної крові в одному і тому ж посудині може бути різним у різних ділянках потоку. Вміст кисню в крові верхньої порожнистої вени може значно відрізнятися від змісту його в крові нижньої порожнистої вени. Два потоку крові з цих вен не змішуються навіть в правому передсерді. Лише кров легеневої артерії є більш-менш змішану венозну кров. Тому лише проба крові, взята з легеневої артерії, може дати уявлення про зміст кисню в змішаній венозній крові, що необхідно для обчислення артериовенозной різниці по кисню з тим, щоб визначити серцевий викид за методом Фіка.
Катетеризація серця. У 1929 р Forssman [20] показав, що катетер, введений в великі вени, може бути проштовхнуть в камеру правого серця у людини (див. Рис. 2.15). Cournand і співр. [21] значно вдосконалили цю методику, зробили її більш безпечною і сприяли широкому впровадженню цього методу в клініці.
Вимірювання вмісту кисню в крові. Вміст кисню в артеріальній і венозній крові може бути безпосередньо виміряно за допомогою апарату Ван-Слайка. Хоча це дуже трудомістка методика, але в руках досвідченого фахівця вона дає порівняно точні результати. Для швидкого визначення вмісту кисню в крові користуються фотоелектричним методом, який був удосконалений і градуйований лише завдяки паралельному використанню методики Ван-Слайка. Кров для аналізу протікає через кюветним оксиметр (див. Ріс..2.15), де вона висвітлюється постійним джерелом світла, що проходить через кров і потрапляє на фотоелемент, який реєструє інтенсивність світла одночасно в двох областях спектра: в області від 750 до 900 нм і в області від 600 до 950 нм відповідно. Ці довжини хвиль відповідають спектрах поглинання окисленого і відновленого гемоглобіну. Інша кювету висвітлюється червоним світлом, який добре проводиться оксигемоглобіном і дуже погано - відновленим гемоглобіном. Різниця між інтенсивністю світлових потоків, що реєструються в цих двох ділянках спектра, дозволяє визначити абсолютний відсоток насичення гемоглобіну киснем (зрозуміло, після калібрування показань за допомогою апарату Ван-Слайка).
Для визначення вмісту кисню в крові успішно використовується різна спектрофотометрична техніка. У досвідчених руках точність цієї методики цілком достатня, якщо мати на увазі при цьому і нікчемні витрати часу, які вимагають ці вимірювання. Використання катетерів зі скловолокна дає можливість уникнути взяття проб крові для аналізу, так як зазначені катетери дозволяють провести пучок світла безпосередньо з кров`яного русла до фотоелементу, що знаходиться зовні. Такі оксиметри з катетерами зі скловолокна були розроблені Johnson і співр. [22] і успішно використані в клінічних дослідженнях. Об`єктивне дослідження серцевого викиду внесло значний вклад у наші уявлення про функції серцево-судинної системи. Однак пошуки об`єктивних методів дослідження функції серця не закінчилися з винаходом методики катетеризації серця.
МАЛ. 2.16. ВИЗНАЧЕННЯ хвилинний об`єм серця ЗА ДОПОМОГОЮ МЕТОДИКИ РОЗВЕДЕННЯ ІНДИКАТОРІВ.
- Обсяг рідини, що знаходиться в посудині, може бути визначений після змішування певної кількості фарби і аналізу проби для визначення її концентрації в рідині.
Б. Обсяг рідини, що протікає через просту трубку, можна визначити шляхом ін`єкції певної кількості фарби, взяття проби з постійною швидкістю при протіканні рідини, що містить фарбу і визначення середньої концентрації фарби в пробі.
- Гідравлічна модель, що імітує структуру серцево-судинної системи, підтверджує той факт, що рідина, що містить певну порцію індикатора, може пройти коротший коло і почати рециркуляцию до того, як основна маса індикатора досягне пункту, в якому беруться проби.
Ця процедура досить складна для щоденного клінічного використання і малоприйнятною для застосування її під час фізичних вправ. Так як катетеризація серця зазвичай не дає іншої інформації, крім визначення серцевого викиду в стані спокою, то можливості цього методу значно обмежені. Правда, в деяких випадках ця методика дозволила зробити значні кроки вперед. Це відноситься, зокрема, до діагностики вроджених вад серця (див. Главу XII).
ПРИНЦИП Стюарт
Обсяг рідини в посудині можна визначити, додаючи певну кількість фарби і вимірюючи концентрацію її після рівномірної дисперсії її в рідині (рис. 2.16). Обсяг визначається відповідно за формулою V = A / C, де V - об`єм рідини-А - кількість фарби, доданій до рідини-С - концентрації фарби в кожному кубічному сантиметрі рідини. Stewart показав, що цей метод можна застосовувати і для визначення обсягу рідини, що рухається.
Загальні принципи
Спосіб визначення обсягу стаціонарно поточної рідини шляхом вимірювання концентрації розчиненого в ній певної кількості фарби досить достовірний (див. Рис. 2.16). Подібно до цього обсяг рідини, що протікає в системі простих трубок, може теоретично бути визначений з такою ж точністю шляхом вимірювання середньої концентрації відомого кількості розчиненої в рідині фарби і часу взяття проб відповідно до формули: V = A / ct, де V - об`ємна швидкість течії рідини-А-кількість фарби, введеної в рідина-С - середня концентрація фарби-t - час взяття проб (див. рис. 2.16, А). При цих умовах принцип Стюарта настільки ж точний, як принцип Фіка. Однак умови кровообігу в організмі людини складніші, ніж ті, які представлені на гідравлічної моделі рис. 2.16, С. Частина фарби, ін`єктується в одну з ділянок цієї моделі, може зробити кругообіг коротшим шляхом. Внаслідок цього виникає рециркуляция фарби ще до того, як основна маса її досягне більш дистальних областей. Середня концентрація фарби або будь-якого іншого індикатора може бути виміряна шляхом: 1) забору ряду проб крові у швидкій послідовності-2) безперервної реєстрації електропровідності крові (після ін`єкції сольового розчину) - 3) використання оксиметру або денситометра, реєструючого ступінь зміни забарвлення крові (після ін`єкції фарби).
У всіх випадках концентрація індикаторів після досягнення піку починає знижуватися, а потім знову підвищується внаслідок рециркуляції. Якщо вдається визначити концентрацію фарби при первинній циркуляції (відокремивши її від концентрації, що виникає внаслідок рециркуляції), то в цьому випадку хвилинний обсяг серця може бути обчислений досить точно.
При використанні цієї методики на практиці потрібно: 1) ін`єкція індикатора, який може бути точно визначено і який не покидає кровоносне русло від моменту ін`єкції до моменту взяття проб крові або визначення концентрації-2) взяття проб артеріальної крові, які дозволяють визначити середню концентрацію речовини, що вводиться під час його первинної циркуляції через артеріальну систему. В якості індикаторів використовуються або фарби, або розчини солей і середня концентрація їх визначається або за допомогою взяття повторних проб, або за допомогою постійної реєстрації.
БАЛЛІСТОКАРДІОГРАФІЯ
Концепція про те, що раптовий викид крові в одному напрямку повинен викликати внаслідок віддачі рух тіла в іншому напрямку, не нова. Ще в 1877 р Gordon [24] порівнював балістичні сили тіла з віддачею у знаряддя. У 1905 р Henderson [25] використовував хитний стіл для реєстрації рухів тіла уздовж поздовжньої осі в разі, якщо пацієнт знаходився на цьому столі. Зміна швидкості руху крові в серцево-судинній системі спричиняли коливання столу під час кожного серцевого циклу. Віддача зброї при пострілі часто використовується як аналогія для пояснення основних принципів баллістокардіографіі. Якщо жорстко фіксувати рушницю на хитному столі, то вибух пороху в патроні штовхає кулю в одному напрямку, а рушницю - в протилежному. Реєструючи рух столу в цих умовах, можна отримати точну інформацію про потужності вибуху і виділення енергії, якщо відомі всі інші дані. Якщо ж потужність снаряда невідома і маса кулі теж не виміряна, то визначити ці величини при запису коливання столу неможливо. Аналіз даних значно ускладнюється, якщо рушниця фіксоване на столі не жорстко, а на смещающейся уздовж столу платівці. У зв`язку з тим що кров не покидає організм, а циркулює в замкнутій системі, величину віддачі серця і всього тіла при викиді желудочками кожної порції крові в артеріальну систему кількісно визначити дуже важко. Так, наприклад, кров, що викидається з двох шлуночків, рухається, залишаючи серце, одночасно в різних напрямках. Її енергія передається тілу при зміні напрямку руху. Рутинні баллістокардіографи реєстрували рух тіла тільки в одному напрямку. Одночасна реєстрація рухів в трьох вимірах представляє значні труднощі для аналізу. І, нарешті, записи цього роду значно спотворюються завдяки зсувам тіла на столі. Еластичність шкіри діє при цьому подібно пружині, розташованої між тілом і столом, викликаючи значні зміни характеру кривої.
Всі ці суттєві перешкоди для аналізу не завадили використанню емпірично знайдених взаємин між різними типами порушень функції серця і змінами баллістокардіограмми. Зокрема, амплітуда коливань залежить від швидкості, з якою кров покидає серце. Зміна малюнка зубців відображає порушення скорочувальної функції серця при викиді крові, що може бути використано як джерело інформації про характер скорочувальної функції серця.
