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 . Pa . q, (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:

где
и 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
- Абрамян А.С. В кн.: Вопросы кибернетики (регуляция и саморегуляция вегетативных функций). М., 1977.
- Абрамян А.С., Худавердян Д.Н. Математические модели системы кровообращения в экспериментальной и клинической медицине. Ереван, 1996.
- Балантер И.Б., Ханин М.А.,Чернавский Д.С. Введение в математическое мoделирование патологических процессов. 1980.
- Allan L. D., Tynan M.J., Campbeii S. Echocardiographic and anatomical correlates in the fetus. Br. Heart J., 1980, v.44, p.444-451.
- Allan L. D., Tynan M.J., Campbeii S. Fetal echocardiography. <Echocardiography >, Edinburgh, 1982, p. 144-164.
14.10.2010 Читайте также
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)...
29.10.2010 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...
28.10.2010 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...
27.10.2010 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...
26.10.2010 Ключевые слова: околощитовидные железы, голубое пятно, паратгормон
В последние десятилетия увеличился интерес к проблеме взаимодействия различных систем в реализации стресс-реакций, вызванных всевозможными причинами...
25.10.2010 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]...
22.10.2010 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...
21.10.2010 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)...
20.10.2010 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]...
19.10.2010 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]...
18.10.2010 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...
15.10.2010 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...
13.10.2010
Warning: mysqli::query(): (HY000/1): Can't create/write to file '/var/tmp/MYx9OLas' (Errcode: 28 - No space left on device) in /sites/med-practic.com/classes/DatabaseManager_2.1.php on line 1381
Fatal error: Uncaught Error: Call to a member function fetch_assoc() on bool in /sites/med-practic.com/classes/DatabaseManager_2.1.php:1384 Stack trace: #0 /sites/med-practic.com/classes/article_class.php(102): TableManager->querySelectClassic('SELECT a.id, a....', Array) #1 /sites/med-practic.com/includes/include_footer_amen_kard_hod.php(5): Article->SelectAmenakardacvatsArticles(2) #2 /sites/med-practic.com/includes/include_bottom.php(9): require_once('/sites/med-prac...') #3 /sites/med-practic.com/bottom.php(7): require_once('/sites/med-prac...') #4 /sites/med-practic.com/article_more.php(151): require_once('/sites/med-prac...') #5 {main} thrown in /sites/med-practic.com/classes/DatabaseManager_2.1.php on line 1384















Научная медицина
Болезни
Традиционная медицина
Здоровый образ жизни
Косметология
Медицинское право
Алгоритмы, тесты
Цифры, факты, случаи
Историческая хроника
Афоризмы
Карьерная лестница
Дети
Женщина
Мужчина
Рейтинговая система

