СПОСОБ ОЦЕНКИ ЧИСЛА ГИБЕРНИРУЮЩИХ КАРДИОМИОЦИТОВ В СЕРДЦЕ ЧЕЛОВЕКА
METHOD OF ESTIMATING NUMBER OF HIBERNATING CARDIOMYOCYTES IN HUMAN HEART

Область техники
Изобретение относится к медицине, а именно к области кардиохирургии и кардиологии.
Уровень техники
13
13
2
Известно, что миокарду человека свойственна выраженная функциональная гетерогенность (Balaban RS. Arai A Function, metabolic, and flow heterogeneity of the heart: the view is getting better // Circ Res. 2001 Feb 16; 88 (3): 340-6.) [1], которая характеризуется 6-10-ти кратными различиями. По мере уменьшения анализируемого образца стенки миокарда - различия возрастают. Согласно исследованиям локальный метаболизм согласован с местным микроциркуляторным потоком (Groeneveld AB, Visser FC. Correlation of heterogeneous blood flow and fatty acid uptake in the normal dog heart // Basic Res Cardiol. 1993; 88: 223-232) [2]; (Van Beek JH, van Mil HG, King RB, de Kanter FJ, Alders DJ, Bussemaker J. A C NMR double-labeling method to quantitate local myocardial О consumption using frozen tissue samples. // Am J Physiol. 1999; 277: H1630-H1640) [3]; (Decking UK, Skwirba S, Zimmerman MF, Preckel B, Loncar R, Thamer V, Deussen A, Schrader J. Does local coronary flow control metabolic flux rates? A C-NMR study. // MAGMA. 1998; 6: 133-134) [4]. Большая часть потребляемого кислорода тратится в митохондриях кардиомиоцитов на производство АТФ, необходимой для трансформации химической энергии в механическое сокращение кардиомиоцитов (Rolfe D.F., Brown G.C. Cellular energy and molecular origin of standard metabolic rate in mammals // Physiol Rev. 1997. - V.77. - №3. - 731 - 758) [5].
Перфузия миокарда и его метаболическая активность являются неоднородными и пространственно скоррелированны между собой (Pries A.R., Secomb T.W. Origins of heterogeneity in tissue perfusion and metabolism // Cardiovascular Res. 2009, - v.81. - №2: 328-335) [6]. Из этого следует, что по всему пространству миокарда рядом с метаболически активными кардиомиоцитами располагаются такие, метаболическая активность которых снижена до основного уровня, когда они не сокращаются. Их называют гибернирующими кардиомиоцитами. В работе (Нестационарный кровоток у человека в искусственных условиях/ Мешалкин Е.Н., Верещагин И.П., Власов Ю.А. и др. - Новосибирск: Наука, 1984. 228 с. Глава IX, стр.202-216) [7] для большого снижения потребления кислорода организмом была дана теоретическая оценка сохранения жизнеспособности клеток организма человека в состоянии искусственной гипотермии в течение нескольких часов (см. рис.53, стр.213), если в клетках АТФ не уменьшился до критического уровня.
2
2
Экспериментальные измерения, выполненные на кардиомиоцитах животных подтвердили эти теоретические оценки (Budinger G.R.S., Duranteau J., Chandel N.S. and Schumacker P.T. Hibernation during hipoxya in cardiomyocytes. Role of mitochondria as the O sensor // J Biol Chem. 1998. - V.273. - №6. - P.3320-3326) [8]. Они показали, что внутриклеточная АТФ в условиях гипоксии сохраняется (в течение 2 часов при pO, равном 20 мм рт.ст.), так как синтез АТФ и его использование остаются тесно связанными.
Согласно представлениям о фрактальной природе миокардиального кровотока и метаболизма - рядом с работающими кардиомиоцитами расположены кардиомиоциты, находящиеся в состоянии основного обмена, так называемые гибернирующие кардиомиоциты.
2
Известно, что основной обмен миокарда человека при температуре 37°С составляет 3,3 m W/г (Gibbs C.L., Loiselle D.S. Cardiac basal metabolism // Jap J Physiol. - 2001. - V.51. - №4. - P.399-426. См. второй столбец с 3-ей по 11 строку сверху 407 стр.) [9]. Эта величина, пересчитанная на 100 г массы миокарда, составляет 1,51515 мл O/(100 г мин) основного потребления кислорода сердцем без сокращений, что составляет 37% рабочего потребления миокарда.
Известно, что между массой сердца, массой всех кардиомиоцитов и их числом существует количественное соответствие (Adler C.P., Friedburg H. Myocardial DNA content, ploidy level and cell number in geriatric hearts: post-mortem exsaminations of human myocardium in old age// J Mol Cell Cardiol - 1986. - V.18. - №1. - P.39-53) [10], согласно которому либо по измеренной, либо по оцененной массе сердца у обследуемого человека можно получить оценку числа всех кардиомиоцитов.
При лечении больных инфарктом миокарда наряду с оценкой величины пораженного миокарда важна и оценка динамики изменения числа работающих и числа гибернирующих кардиомиоцитов под влиянием лечебных мероприятий. Такой контроль весьма проблематичен с применением современных устройств для визуализации внутренних органов человека, таких как компьютерные рентгеновские и ядерные магниторезонансные томографы, но он осуществим предлагаемым способом.
Целью изобретения является оценка количества активных гибернирующих кардиомиоцитов, готовых к участию в сократительном процессе, сокращающихся и не сокращающихся кардиомиоцитов. Последние уже могут быть вовлечены в процесс сокращения.
Раскрытие изобретения
Способ реализуется следующим образом.
Т
1. Измеряют массу тела, М - кг.
C
2. По измеренной массе тела вычисляют массу сердца (M - кг), используя формулы из работы (Власов Ю.А., Волков A.M. Зависимость массы сердца от массы тела у больных с сердечно-сосудистой патологией. // Физиология человека. 2004. - Т.30. - №4. - С.62-68) [11], которые представлены в таблице 1. (Вычисления сделаны по данным [Scholz et al., 1988; Kitzman et al., 1988] [12].
3. Измеряют по электрокардиограмме частоту сердечных сокращений (ЧСС), уд/мин.
4. Измеряют методом ЭхоКГ ударный объем сердца (УО), мл.
5. Измеряют систолическое артериальное давление (АДС) по методу Кроткова, измеряют при венозном зондировании сердца давление либо в полости правого желудочка (ПЖ), либо в стволе легочной артерии (ЛА). В том случае, если венозное зондирование полостей сердца выполнить нельзя, давление в полости правого желудочка вычисляют по уравнениям:
для состояния покоя у мужчин -
у женщин -
для состояния физической нагрузки у мужчин -
у женщин -
Эти уравнения взяты из справочника (Власов Ю.А., Окунева Г.Н. Кровообращение и газообмен человека: Справочное руководство / Власов Ю.А., Окунева Г.Н. - 2-е изд., перераб. и доп. - Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1992. - 319 с. Табл.25, стр.89) [13].
6. По вычисленной, либо измеренной массе сердца вычисляют общее число кардиомиоцитов по уравнению -
КМЦ
C
где N - число всех кардиомиоцитов (КМЦ) в сердце обследуемого пациента; M - масса сердца, кг.
Вычисляют содержание КМЦ в 100 граммах массы сердца -
КМЦ
где N - число всех КМЦ в сердце.
Вычисляют потребление кислорода единичным КМЦ в основном состоянии (состоянии основного обмена без сокращений), из которого КМЦ переходит в рабочее состояние.
КМЦ
100
где Q - основной обмен единичного КМЦ, мл/мин; 1,51515 - потребление кислорода всеми КМЦ в 100 г массы сердца, мл/(100 г мин); N - число КМЦ в 100 г массы сердца. Вычисляют рабочий обмен единичного КМЦ -
W
КМЦ
где Q - рабочий обмен единичного КМЦ, мл/мин; Q - основной обмен единичного КМЦ, мл/мин; 0,37 доля основного обмена КМЦ в его рабочем обмене. Эмпирически найдено, что в состоянии инфаркта она снижается до 0,25. В отдаленные сроки после инфаркта увеличивается до 0,27-0,28.
7. По способу, защищенному патентом RU №2350258 от 09.08.2006 [14], вычисляют стандартную величину метаболической работы сердца, выражаемую количеством Дж на 1 кг массы сердца за один цикл для мужчин от года до 12 лет -
от 12 до 70 лет-
для женщин от года до 12 лет -
от 12 до 70 лет -
Д
где МРС - стандартная метаболическая работа сердца в Дж/(за 1 цикл кг мин); В - возраст в годах.
Д
Полученные величины МРС умножают на ЧСС, на массу сердца Мс и получают полную величину метаболической работы сердца в Дж/мин -
Д
C
где МРС - стандартная метаболическая работа сердца в Дж/(за 1 цикл кг мин); M - масса сердца, кг; ЧСС - уд/мин.
Через дыхательный коэффициент (RQ) полученную величину метаболической работы сердца переводят в мл/мин -
где 0,238845896 - коэффициент перевода Джоулей в калории, а знаменатель правой части уравнения - пересчет калорий в мл газообразного кислорода по дыхательному коэффициенту RQ.
Потребление кислорода сердцем на механическую работу оценивают по произведению -
где АД - сумма систолического давления крови в аорте и легочной артерии, мм рт.ст.; УО - ударный объем в мл; АДС - систолическое давление в аорте, мм рт.ст.; ЛАС - систолическое давление в стволе легочной артерии, мм рт.ст. Величину ЛАС вычисляют по уравнениям (1-8), если невозможно прямое измерение.
2МЕХ
Величину ПО, выраженную в мл/мин вычисляют для мужчин от года до 21 года по уравнению -
от 21 до 70 лет -
для женщин от года до 21 года -
от 21 до 70 лет-
8. Вычисляют число работающих (активированных) КМЦ -
W
2МЕТ
W
где N - число работающих активированных КМЦ; ПО - метаболическое потребление кислорода сердцем, мл/мин; Q - рабочее потребление единичного КМЦ, мл/мин.
9. Вычисляют число сокращающихся КМЦ -
CONT
2МЕХ
W
где N - число сокращающихся КМЦ, генерирующих давление в полостях желудочков сердца; ПО - потребление кислорода сердцем на осуществление механической работы, мл/мин; Q - рабочее потребление единичного КМЦ, мл/мин.
10. Вычисляют число не работающих КМЦ -
0
КМЦ
W
где N - число не работающих, не активированных КМЦ; N - число всех КМЦ в сердце; N - число работающих, активированных клеток.
Примеры использования способа.
У 645 пациентов с диагнозом: «функциональный шум в сердце», у которых во время внутривенного зондирования сердца не был выявлен порок сердца, были выполнены все измерения и необходимые вычисления по данному способу. На их основе были осуществлены вычисления, приводимые в таблице 2.
Данные, приведенные в таблице 2, показывают, что у здорового человека на протяжении первых 12-13 лет происходит уменьшение не сокращающихся кардиомиоцитов до уровня, когда их число оказывается сопоставимо с числом сокращающихся кардиомиоцитов, тогда как масса активированных КМЦ около 80% составляют функционально-структурный резерв сердца, в котором КМЦ находятся в состоянии к немедленному включению в процесс формирования сердечной систолы.
Напротив, данные наблюдения в клинических условиях за 334 больными мужчинами в возрасте от 47 до 66 лет, приведенные в таблице 3, которое охватывает интервалы от 3-х дней до 26 лет после развития инфаркта миокарда, показали, что в первую неделю после инфаркта примерно в два раза увеличивается число не работающих КМЦ, а число активированных КМЦ уменьшается до 60-75% по сравнению со здоровыми лицами.
Источники информации
1. Balaban RS. Arai A Function, metabolic, and flow heterogeneity of the heart: the view is getting better // Circ Res. 2001 Feb 16: 88(3): 340-6.
2. Groeneveld AB, Visser FC. Correlation of heterogeneous blood flow and fatty acid uptake in the normal dog heart // Basic Res Cardiol. 1993; 88: 223-232.
13
2
3. Van Beek JH, van Mil HG, King RB, de Kanter FJ, Alders DJ, Bussemaker J. A C NMR double-labeling method to quantitate local myocardial O consumption using frozen tissue samples. // Am J Physiol. 1999; 277: H1630-H1640.
13
4. Decking UK, Skwirba S, Zimmerman MF, Preckel B, Loncar R, Thamer V, Deussen A, Schrader J. Does local coronary flow control metabolic flux rates? A C-NMR study. // MAGMA. 1998; 6: 133-134.
5. Rolfe D.F., Brown G.C. Cellular energy and molecular origin of standard metabolic rate in mammals // Physiol Rev. 1997. - V.77. - №3. - 731-758.
6. Pries A.R., Secomb T.W. Origins of heterogeneity in tissue perfusion and metabolism // Cardiovascular Res. 2009. - V.81. - №2: 328-335.
7. Нестационарный кровоток у человека в искусственных условиях / Мешалкин Е.Н., Верещагин И.П., Власов Ю.А. и др. - Новосибирск: Наука, 1984. 228 с. Глава IX, стр.202-216.
2
8. Budinger G.R.S., Duranteau J., Chandel N.S. and Schumacker P.T. Hibernation during hipoxya in cardiomyocytes. Role of mitochondria as the О sensor // J Biol Chem. (1998) / - V.273. - №6. - P.3320-3326.
9. Gibbs C.L., Loiselle D.S. Cardiac basal metabolism // Jap J Physiol. 2001. V.51. №4. - P.399-426.
10. Adler C.P., Friedburg H. Myocardial DNA content, ploidy level and cell number in geriatric hearts: post-mortem exsaminations of human myocardium in old age // J Mol Cell Cardiol - 1986. - V.18. - №1. - P.39-53.
11. Власов Ю.А., Волков A.M. Зависимость массы сердца от массы тела у больных с сердечно-сосудистой патологией. // Физиология человека. 2004. - Т.30. - №4. - С.62-68.
12. Scholz et al., 1988; Kitzman et al., 1988.
13. Власов Ю.А., Окунева Г.Н. Кровообращение и газообмен человека: Справочное руководство / Власов Ю.А., Окунева Г.Н. - 2-е изд., перераб. и доп. - Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1992. - 319 с.
7
14. Способ оценки потребления кислорода сердцем человека: Пат. №2350258, Россия, МПК А61В 5/00, Власов Ю.А., Окунева Г.Н., Чернявский A.M., Фомичев А.В.: ГУ НИИ патол. кровообращ. МЗ РФ. - №2006128968/14; Заявл. 09.08.06; 27.03.2009.. Бюл. №09.