способ определения максимальной производительности сердца

Формула изобретения

Способ определения максимальной производительности сердца, включающий синхронную запись электрокардиограммы (ЭКГ) и измерение потребления кислорода у обследуемого субъекта в состоянии покоя и физической нагрузки, отличающийся тем, что перед нагрузкой методом эхокардиографии измеряют ударный объем (УО_и ), затем находят максимальный ударный объем сердца (УО_макс ) по уравнению



где УО_макс - максимальный ударный объем, мл;

УО_и - исходный ударный объем конкретного субъекта, мл;

с и b - коэффициенты уравнения

УО%_исх=(с·Ln(ПО_2макс)+b);

где ПО_2макс - максимальное потребление кислорода, зафиксированное во время осуществления физической нагрузки, л/мин; величины коэффициентов с и b для мужчин - с=0,19663, b=1,2443; для женщин - c=0,244987, b=1,316085;

измеряют на электрокардиограмме (ЭКГ) продолжительность каждой электромеханической систолы (ЭМС) и продолжительность соответствующего ей кардиоцикла (RR); по полученным рядам измерений ЭМС и RR методом наименьших квадратов находят коэффициенты линейного уравнения



где ЭМС - продолжительность электромеханической систолы, с;

RR - продолжительность кардиоцикла, с; а и k - коэффициенты уравнения (2);

по коэффициентам уравнения (2) вычисляют минимальную продолжительность сердечного сокращения (интервал RR_мин) по уравнению

где RR_(мин) - минимальная продолжительность сердечного сокращения, которая может быть реализована в процессе сердечного сокращения, т.е. соответствует функциональным возможностям миокарда конкретного испытуемого, с; а и k - коэффициенты уравнения (2); d - минимальная диастолическая пауза ~0,05 с (диастола), достаточная для восстановления способности к следующему сокращению такой же продолжительности RR_мин с; полученное значение RR_мин переводят в максимальную частоту сердечных сокращений

где ЧСС_макс - максимальная частота сердечных сокращений, уд/мин; 60 - число секунд в одной минуте; RR_мин - минимальная продолжительность сердечного сокращения, с;

вычисляют по полученным значениям УО_макс и ЧСС_макс потенциальную максимальную производительность сердца



где МОК_п(макс) - потенциальная максимальная производительность сердца при полном использовании рабочего потенциала сердца, мл/мин; УО_макс - максимальный ударный объем для измеренного максимального потребления кислорода (ПО_2макс), мл; ЧСС_макс - максимальная частота сердечных сокращений, вычисленная по уравнениям (3,4), уд/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии и кардиохирургии.

Максимальное потребление кислорода организмом человека, как и максимальная производительность сердца, являются универсальными параметрами кардиореспираторной системы, отражающими работоспособность организма человека. Оценка этих параметров необходима при оценивании результатов кардиохирургических вмешательств и вынесении на этом основании заключений о работоспособности пациента, а также при использовании физической нагрузки в терапевтических целях, тогда необходим объективный способ индивидуального дозирования физической нагрузки.

Известен способ определения максимального потребления кислорода (МПО₂) [Döbeln W von Åstrand J., Bergstern A. An analysis of age and other factors related to maximal oxygen uptake. // J. Appl. Physiol. - 1967. - V.22. - № 5. - P.934-938]. Предложенная ими формула

которая включает измерение максимальной нагрузки на последней минуте (L), измерение максимального ритма (МРС), возраст пациента (В), 60 - принятая авторами постоянная величина ритма сердца в покое для всех обследуемых. Предложенный способ имеет недостатки, заключающиеся в том, что не учитывается пол, не учитывается разный уровень ритма сердца у отдельных пациентов в состоянии покоя, величина (МРС) не оценивается по антропометрическим и функциональным параметрам сердечной деятельности без физической нагрузки, а прямо измеряется во время тестового испытания.

Известен способ оценки МРС по фазовой структуре сердечного сокращения (Власов Ю.А., Бушманова Г.М., Худякова Э.П. и др.). Соотношение между длительностью основных фаз сердечного сокращения и его общей длительностью (Патология и реабилитация кровообращения и газообмена. Вып.3. Новосибирск: Зап.-Сиб. кн. изд-во, 1969, с.110-115), в котором через коэффициенты уравнения

ЭMC=a+k(RR)

находят наименьший воспроизводимый миокардом интервал RR -

RR_(min)=(a/(1-k))+c,

где с - минимальная величина диастолической паузы, принятой равной ~0,05 с. Через RR_(min) определяется МРС.

Большинство способов оценки максимальной производительности сердечно-сосудистой системы основано на прямом измерении у обследуемых субъектов МПО₂, максимального ритма сердца и выявлении факторов, лимитирующих МПО₂ (Bassett D.R. JR, Howley Е.Т. Limiting factors for maximum oxygen uptake and determinants of enduranace performance. // Med. Sci. Sports Exserc. 2000. - V.32. - № 1. - P.70-84), или на измерении способности выполнить максимальную рабочую нагрузку (Т. Hirai, Y. Kusaka, N. Suganuma et al. Physical work load affects the maximum oxygen uptake. // Industrial Healts. - 2006. - V.44. - P.250-257).

Однако получаемые в этих способах оценки МПО₂ и сердечного выброса не могут быть сопоставлены с их максимальными предельными значениями, которые могут быть достигнуты при полном использовании функциональных возможностей сердечно-сосудистой системы у конкретного обследуемого субъекта.

С целью получения такой индивидуальной оценки предлагается способ определения максимальной производительности сердечно-сосудистой системы.

Способ реализуется следующим образом: у обследуемого субъекта в состоянии покоя и физической нагрузки синхронно записывают электрокардиограмму (ЭКГ) и измеряют у него потребление кислорода.

Измеряют перед нагрузкой ударный объем (УО_и) любым доступным способом, например методом эхокардиографии. Далее находят максимальный ударный объем сердца (УО_макс) по уравнению, учитывающему максимальное потребление кислорода и поправку на индивидуальную величину ударного объема УОи по уравнению -

где УО_макс - максимальный ударный объем, мл;

УО_и - исходный ударный объем конкретного субъекта, мл;

с и b - коэффициенты уравнения -

УО%_исх=(с×Ln(ПО _2макс)+b);

где ПО_2макс - максимальное потребление кислорода, зафиксированное во время осуществления физической нагрузки, л/мин. Величины коэффициентов с и b для мужчин и женщин приведены в таблице.

	Мужчины. N=136	Женщины. N=87
	с	b	с	b
М	0,19663	1,2443	0,244987	1,316085
m	0,00259	0,0063	0,001451	0,005542
s	0,03021	0,073	0,013536	0,051697
Примечание. N - число измерений, по которым вычислены коэффициенты с и b; М - среднее арифметическое значение коэффициентов с и b; m - ошибка среднего; s - среднее квадратическое отклонение.

Измеряют на ЭКГ продолжительность электромеханической систолы (ЭМС) и соответствующие ей продолжительности кардиоцикла (RR). По рядам измерений ЭМС и RR методом наименьших квадратов находят коэффициенты линейного уравнения -

где ЭМС - продолжительность электромеханической систолы, с;

RR - продолжительность кардиоцикла,

с; а и к - коэффициенты уравнения (2).

Вычисляют по коэффициентам уравнения (2) минимальную продолжительность сердечного сокращения (интервал RR_мин) по уравнению -

где RR_мин - минимальная продолжительность сердечного сокращения, которая может быть реализована в процессе сердечного сокращения, т.е. соответствует функциональным возможностям миокарда конкретного испытуемого, с;

a и k - коэффициенты уравнения (2);

d - минимальная диастолическая пауза ~0,05 с (диастола), достаточная для восстановления способности к следующему сокращению такой же продолжительности - RR_мин, с.

Полученное значение RR _мин переводят в максимальную частоту сердечных сокращений -

где ЧCC_макс - максимальная частота сердечных сокращений, уд/мин;

60 - число секунд в одной минуте;

RR_мин - минимальная продолжительность сердечного сокращения, с.

Вычисляют по полученным значениям УО_макс и ЧCC_макс потенциальную максимальную производительность сердца -

где МОК_П(макс) - потенциальная максимальная производительность сердца при полном использовании рабочего потенциала сердца, мл/мин;

УО_макс - максимальный ударный объем для измеренного максимального потребления кислорода (ПО_2макс), мл;

ЧСС_макс - максимальная частота сердечных сокращений, вычисленная по уравнениям (3, 4), уд/мин.

Примеры использования способа

Пример 1

Обследуемая здоровая девочка-подросток

Пол	Лет	УОи, мл	УО(макс), мл	ПО2 нагр, л/мин	ЧСС макс, уд/мин	RR, с	ЭМС, с	МОКмакс, мл/мин
жен	12	64,5		0,74	208,7146	0,66	0,33	17650,627
				0,7		0,64	0,33
				0,8		0,63	0,34
				0,84		0,45	0,3
			84,568246	0,98		0,44	0,3
						0,4	0,23
						0,38	0,27
						0,63	0,32
						0,55	0,33
						0,69	0,33

У обследованной девочки исходный ударный объем сердца (УО_и) был равен 64,5 мл, вычисленный максимальный ударный объем при величине потребления кислорода 0,98 л/мин составил - 84,568246 мл, на 20 мл был больше исходного, ЧСС_макс - 208,7146 уд./мин. Для этих основных параметров сердечной деятельности потенциальная производительность сердца составила - 17650,627 мл/мин или 17,65 л/мин. График и уравнение (2) показаны на Фиг.1.

Пример 2

Обследуемый здоровый мужчина

		УОи , мл	УОмакс, мл	ПО2 нагр , л/мин	ЧСС макс, уд/мин			МОКмакс , мл/мин
Пол	Лет					RR,c	ЭМС, с
муж	22	96,3		0,9	182,95587	1,28	0,46	26213,055
				1,2		0,92	0,43
				1,275		1,02	0,45
				1,65		0,91	0,44
				2,25		0,99	0,45
				2,25		0,56	0,37
				2,7		0,55	0,33
				3		0,56	0,33
				3,075		0,63	0,33
				3,3		0,55	0,32
		143,27529		3,45		0,55	0,33

У обследованного мужчины исходный ударный объем сердца (УО_и) был равен 96,3 мл, вычисленный максимальный ударный объем при величине потребления кислорода 3,45 л/мин составил 143,27529 мл, на 46,77 мл был больше исходного, ЧСС_макс - 182,95587 уд./мин. Для этих основных параметров сердечной деятельности потенциальная производительность сердца составила 26213,055 мл/мин или 26,213 л/мин. График и уравнение (2) показаны на Фиг.2.

Пример 3

Обследуемая здоровая женщина

Пол	Лет	УОи, мл	УОмакс, мл	ПО2 нагр, л/мин	ЧССмакс, уд/мин	RR, с	ЭМС, с	МОКмакс, мл/мин
жен	50	81,13		0,5	205,80765	0,92	0,46	23048,126
				0,74		0,96	0,44
				0,76		0,94	0,42
				0,88		0,84	0,42
				1		0,62	0,36
				1,12		0,6	0,35
				1,2		0,52	0,34
			111,9887	1,3		0,5	0,31
						0,48	0,3
						0,49	0,31
						0,48	0,3

У обследованной женщины исходный ударный объем сердца (УО_и) был равен 81,13 мл, вычисленный максимальный ударный объем при величине потребления кислорода 1,3 л/мин составил 111,9887 мл, на 30,86 мл был больше исходного, ЧСС_маск - 205,80765 уд/мин. Для этих основных параметров сердечной деятельности потенциальная производительность сердца составила 23048,126 мл/мин или 23,048 л/мин. График и уравнение (2) показаны на Фиг.3.

Пример 4

Обследуемый здоровый мужчина

Пол	Лет	УОи, мл	УОмакс, мл	ПО2нагр, л/мин	ЧССмакс, уд/мин	RR,c	ЭМС, с	МОКмакс, мл/мин
муж	75	79,93		0,65	160,25179	0,9	0,36	16290,153
				0,85		0,88	0,36
				0,9		0,83	0,36
				1,05		0,88	0,36
				1,15		0,68	0,36
			103,87976	1,325		0,68	0,34
						0,68	0,36
						0,7	0,34
						0,74	0,34
						0,7	0,34

У обследованного мужчины исходный ударный объем сердца (УО_и) был равен 79,93 мл, вычисленный максимальный ударный объем при величине потребления кислорода 1,325 л/мин составил 103,87976 мл, на 23,95 мл был больше исходного, ЧСС_маск - 160,25179 уд/мин. Для этих основных параметров сердечной деятельности потенциальная производительность сердца составила - 16290,153 мл/мин или 16,29 л/мин. График и уравнение (2) показаны на Фиг.4.

Положительный результат предложенного способа заключается в том, что позволяет определить максимальную производительность сердца при максимальных параметрах его деятельности (максимальная ЧСС и максимальная величина ударного объема), которые не всегда могут быть достигнуты в реальном эксперименте у хорошо тренированных спортсменов и не могут быть прямо измерены у нетренированных субъектов и у больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями, тогда как знание этих предельных параметров необходимо для оценки потенциальных резервов сердечно-сосудистой системы.

Литература

1.Döbeln W von Åstrand J., Bergstern A. An analysis of age and other factors related to maximal oxygen uptake. // J. Appl. Physiol. - 1967. - V.22. - № 5. - P.934 -938.

2.Власов Ю.А., Бушманова Г.М., Худякова Э.П. и др. Соотношение между длительностью основных фаз сердечного сокращения и его общей длительностью. /Патология и реабилитация кровообращения и газообмена. Вып.3. Новосибирск: Зап. - Сиб. кн. изд-во, 1969, с.110-115.

3.Bassett D.R. JR, Howley Е.Т. Limiting factors for maximum oxygen uptake and determinants of enduranace performance. // Med. Sci. Sports Exserc. 2000. - V.32. - № 1. - P.70-84.

4.T. Hirai, Y. Kusaka, N. Suganuma et al. Physical work load affects the maximum oxygen uptake. // Industrial Healts. - 2006. - V.44. - P.250-257.