СПОСОБ ОЦЕНКИ КРОВООБРАЩЕНИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА И НАРУШЕНИЙ КРОВОТОКА
METHOD FOR CEREBRAL CIRCULATION AND MISPERFUSION ASSESSMENT

Изобретение относится к области медицины, а именно к способам оценки кровообращения и метаболизма головного мозга у больных с мультифокальным атеросклерозом брахиоцефальных ветвей аорты.
У этой категории больных необходимо дать функциональную оценку способности сосудистого русла головного мозга и ветвей аорты, питающих его, обеспечить необходимый уровень метаболизма мозга и способности компенсировать структурные нарушения элементов «вилизиева круга».
Известны следующие способы определения метаболической активности головного мозга по величине потребляемой им глюкозы у больных во время выполнения кардиохирургической операции [Шунькин А.В., Власов Ю.А., Окунева Г.Н., Караськов A.M., Ломиворотов В.Н., Дерягин М.Н. Способ определения метаболического и функционального резерва головного мозга во время кардиохирургической операции. Патент №2278386]. Для этого в крови из внутренней яремной вены и артерии определяют концентрацию глюкозы и полученную величину потребления глюкозы сравнивают со стандартной величиной и через нее пересчитывают на величину текущего потребления кислорода мозгом. Однако применение этого способа сопряжено с установкой зондов во внутренней яремной вене и артерии с последующим анализом забранных с их помощью образцов крови на специализированных газоанализаторах. При этом обычно предполагается, что и головной мозг, и его кровеносное русло у больных с пороками сердца интактны.
В другом способе также определяют содержание кислорода в пробах артериальной крови, притекающей к головному мозгу, и в крови из внутренней яремной вены либо методом параинфракрасной спектроскопии - церебральную оксигенацию, определяют сердечный выброс методом термоделюции, либо методом тетраполярной реовазографии [Мартыненков В.Я., Чурляев Ю.А., Лукашов К.В., Чеченин М.Г., Григорьев Е.В., Воеводин С. В., Редкокаша Л.Ю. Способ оценки метаболизма и системы транспорта кислорода к головному мозгу у больных с тяжелой черепно-мозговой травмой. Патент №2264162]. По этим измерениям вычисляют величину транспорта кислорода к головному мозгу и потребление кислорода головным мозгом, считая, что головной мозг забирает 0,15 минутного объема крови. Последнее предположение исключает реальную оценку одного из центральных параметров кровообращения в головном мозге - общий церебральный кровоток. В интактных условиях у здорового человека это предположение справедливо, тогда как у больных с мультифокальным атеросклерозом брахиоцефальных ветвей аорты этот параметр должен быть измерен, так же как и у больных с черепно-мозговой травмой.
Известно, что удельный кровоток головного мозга составляет 43 - 67 мл/(100 г мин) со средним значением 50 мл/(100 г мин), а потребление кислорода - 3,5 мл/(100 г мин) [Москаленко Ю.Е. Кровоснабжение головного мозга. / Физиология кровообращения: физиология сосудистой системы. Ред. Б.И.Ткаченко. - Л.: Наука - 1984. - 652 с. Глава 11.2.1. - с.356-359]. Система кровообращения головного мозга выдерживает эти параметры у здорового человека в очень широком диапазоне функциональных состояний, поддерживая величину кровотока целого мозга на одном уровне [Wade O.L., Bishop J.M. Cardiac output and regional blood/low. Oxford, 1962. 349р. Цит по: Физиология кровообращения: регуляция кровообращения. - Л.: Наука, - 1986. - 640 с.). Указанные выше параметры кровообращения и газообмена мозга удерживаются в определенных границах изменения артериального давления и парциального напряжения газов венозной крови механизмами ауторегуляции. Важнейшим звеном этого регулирования является Вилизиев круг, который компенсирует нарушения кровотока в различных отделах головного мозга, вызванные разными причинами - травмой, либо атеросклерозом брахиоцевфальных артерий, либо артерий собственно головного мозга.
Как степень нарушения кровотока в головном мозгу, так и степень компенсации этих нарушений возможно выявить только в случае, когда у пациента в процессе диагностического обследования совместно измеряются ульразвуковым Допплеровским методом параметры кровотока в основных артериях, питающих мозг, и степень оксигенации ткани головного мозга методом околоинфракрасной кранио-церебральной оксиметрии. С целью получения этих параметров и вычисления на их основе функциональных величин, характеризующих степень нарушения кровообращения мозга и механизм компенсации нарушений, предлагается способ оценки функционального состояния кровообращения и метаболизма головного мозга.
O2BR
O2ART
сред
сред
Способ реализуется следующим образом. У пациента измеряют массу тела, концентрацию гемоглобина в крови (Нb), записывают электрокардиограмму для точного измерения частоты сердечных сокращений, (RR) и основных фаз сердечного цикла - периода изгнания и периода диастолы. Инфракрасным церебральным оксиметром измеряют насыщение кислородом венозной крови (S), оттекающей от головного мозга, на лобной поверхности в зоне проекции фронтального венозного синуса, и измеряют подходящим способом насыщение кислородом артериальной крови (S). Потом ультразвуковым Допплеровским флоуметром измеряют диаметр правой и левой внутренней сонной артерии и диаметр левой и правой позвоночной артерии и вычисляют площадь поперечного сечения (S) артерии в этом месте. В тех же точках измеряют линейную скорость крови. Средняя линейная скорость течения крови V измеряется автоматически. Через произведение V на S получаем расход крови в каждой из артерий -
B
SIST
DIAS
SIST
DIAS
их сумма дает величину кровотока головного мозга - Q, в противном случае раздельно измеряют линейную скорость крови в фазу изгнания V и фазу диастолы V. По скоростям и площади поперечного сечения сосуда вычисляют поток крови в период систолы (Q) и диастолы (Q) -
За один сердечный цикл через сечение сосуда пройдет количество крови пропорциональное времени сердечного цикла (RR), за минуту пропорциональное частоте сердечных сокращений (ЧСС) -
2
где - выделенное сечение сосуда S, см;
SIST
Q - количество крови, прошедшее через выделенное сечение сосуда S в фазу систолы, мл/с;
DIAS
Q - количество крови, прошедшее через выделенное сечение сосуда S в фазу диастолы, мл/с;
SIST
V - линейная скорость крови через сечение S сосуда в фазу систолы, см/с;
DIAS
v - линейная скорость крови через сечение S сосуда в фазу диастолы, см/с;
RR - длительность сердечного цикла, с;
A+K×RR - длительность фазы изгнания, с;
RR-(A+K×RR) - длительность фазы диастолы, с.
В приведенных выражениях для фаз изгнания и диастолы А и К - коэффициенты линейного уравнения, показывающего зависимость их длительности от величины RR, берутся из таблицы №28 в книге [Власов Ю.А. Онтогенез кровообращения человека. - Новосибирск: Наука, 1985. - 266 с., стр.94-95] соответственно возрасту и полу пациента.
Эти коэффициенты могут быть найдены и другим способом [Власов Ю.А. Онтогенез кровообращения человека. - Новосибирск: Наука, 1985. - 266 с., стр.93].
В этом случае для мужчин значение А находится по уравнению -
для женщин по уравнению -
где - В, возраст, лет.
Значение коэффициента К для мужчин находится по уравнению -
для женщин по уравнению -
ЧСС - частота сердечных сокращений, уд/мин.
Измеренные во всех четырех артериях потоки крови суммируются и, таким образом, вычисляется общее количество крови, поступившее по ним в головной мозг -
Art Car Int sin
Art Car Int dex
Art Ver sin
Art Ver dex
где Q - левая внутренняя сонная артерия; Q - правая внутренняя сонная артерия; Q - левая позвоночная артерия; Q - правая позвоночная артерия. Размерность - л/мин.
O2ART
O2BR
2 BRAIN
По измеренным значениям концентрации гемоглобина в крови и насыщению кислородом артериальной крови (S) и крови, оттекающей от головного мозга (S), вычисляют артериовенозную разность по кислороду для головного мозга AVDO -
Затем вычисляют собственно реальное потребление кислорода головным мозгом -
2
В
Т
Далее вычисляется стандартная величина ПО мозга по уравнениям из монографии [Литасова Е.Е., Власов Ю.А., Окунева Г.Н., Караськов A.M., Ломиворотов В.Н. Клиническая физиология искусственной гипотермии. - Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1997. - 565 с. (Стр. 233)] Вначале вычисляют массу головного мозга (М) по массе тела (М): для мужчин - масса тела от 3,5 до 16,5 кг
масса тела от 16,5 до 67,2 кг
масса тела от 67,2 до 75,7 кг
для женщин -
масса тела от 3,4 до 19,4 кг
масса тела от 19,4 до 60,5 кг
масса тела от 60,5 до 70 кг
2 ДОЛЖ
По вычисленной массе головного мозга вычисляют его потребление кислорода (должное) (ПО) для мужчин -
масса мозга от 0,8 до 1,266 кг
масса мозга от 1,266 до 1,402 кг
масса мозга от 1,402 до 1,346 кг
для женщин -масса мозга от 0,794 до 1,212 кг
масса мозга от 1,212 до 1,292 кг
масса мозга от 1,292 до 1,185 кг
2 ДОЛЖ
2 BRAIN
B
2 МОЗГ
По вычисленному значению ПО для головного мозга пациента и измеренному AVDO вычисляют нормальное значение кровотока головного мозга у пациента и производят сравнение с измеренными у него значениями Q и ПО.
Таблица 1
Результаты измерения площади поперечного сечения основных артерий, питающих головной мозг, и вычисление по ним потока крови
ФИО
ВСА (Art Car Int)
ПА (Art Verteb)
Общий кровоток л/мин
левая
правая
Q<sub>B</sub> мл/мин
левая
правая
Q<sub>B</sub> мл/мин
S, см<sup>2</sup>
V, см/с
S, см<sup>2</sup>
V, см/с
S, см<sup>2</sup>
V, см/с
S, см<sup>2</sup>
V, см/с
V<sub>S</sub>
V<sub>D</sub>
V<sub>S</sub>
V<sub>D</sub>
V<sub>S</sub>
V<sub>D</sub>
слева
справа
V<sub>S</sub>
V<sub>D</sub>
слева
справа
Д-в муж
-
-
-
0,18
64
19
0,22
64
20
337
414
0,751
Д-к муж
0,15
84
11,3525
0,2
82
11,3525
58,1
61
0,09
82
16,5
0,07
70
16,5
180
133
0,431662
Б-ов муж
0,11
120
11,3525
0,1
95
11,3525
53,5
53
0,11
80
16,5
0,11
56
16,5
220
175
0,500968
К-а жен
0,25
100
16,5
0,3
100
27,35
247
248
0,08
37
16
0,15
53
16
46,7
85,1
0,626622
Я-ц жен
0,15
56
27,35
0,2
80
27,35
143
144
0,1
38
27,35
0,13
50
27,35
89,9
118
0,494546
Примечание: ВСА - внутренняя сонная артерия (Art. Carotis interna); ПА - позвоночная артерия (Art. Vertebralis); V<sub>S</sub> - линейная скорость движения крови в артериальных сосудах в фазу систолы, V<sub>D</sub> и диастолы; Q<sub>B,</sub> мл/мин - количество артериальной крови, поступающей в головной мозг слева и справа; S - площадь поперечного сечения сосуда.
2 ДОЛЖ
2 BRAIN
Нормальное значение кровотока в головном мозге вычисляют по ПО и измеренной AVDO -
Примеры использования способа.
В таблице 1 приведены примеры использования способа для измерения количества крови, поступающей в головной мозг у пациентов с атеросклерозом брахиоцефальных артерий.
B
2 МОЗГ
2 ДОЛЖ
B ДОЛЖ
В таблице 2 приведены исходные данные пациентов, результаты измерения Q и ПО и результаты вычисления нормальных значений этих параметров ПО и Q для их сравнения с измеренными.
Таблица 2
Исходные данные пациентов и сравнение измеренных Q<sub>B</sub> и ПО<sub>2 МОЗГ</sub> с вычисленными нормальными значениями
ФИО
лет
масса тела, кг
масса мозга, кг
рост см
Нв г/л
ЧСС уд/в мин
RR, c
%H в O<sub>2</sub>
Мозг (измерения)
Мозг (вычисление нормальных значений)
артер
вена мозга
Q<sub>B </sub>л/мин
ПО<sub>2 МОЗГ</sub> мл/мин
Q<sub>B ДОЛЖ</sub>. л/мин
ПО<sub>2 ДОЛЖ</sub> мл/мин
Д-в муж
58
65
1,3902
168
145
62
0,97
0,97
0,43
0,751
58,8033
0,5615
59,57316
Д-к муж
53
70
1,3662
167
150
77
0,78
0,97
0,49
0,432
42,55158
0,549745
54,19179
Б-ов муж
58
81
1,3202
178
156
66,1
0,91
0,96
0,49
0,501
49,77045
0,452681
44,97324
К-а жен
59
80
1,1256
158
160
68,4
0,88
0,95
0,58
0,627
50,26513
0,420179
33,70508
Я-ц жен
65
70
1,1857
155
140
70,5
0,85
0,96
0,67
0,495
27,20646
0,755113
41,54101
2 МОЗГ
2 BRAIN
2 ДОЛЖ
1. У первого пациента кровь в головной мозг поступает по правой и левой позвоночным артериям в количестве 0,751 л/мин. Объем поступающей крови обеспечивает нормальную величину ПО - 58,8033 мл/мин при измеренной AVDO; сравнение с ПО - 59,57316 мл/мин свидетельствует о достаточной компенсации позвоночными артериями ограничения поступления крови по внутренним сонным артериям.
2. У второго пациента кровь в головной мозг поступает по всем четырем артериям, но ее количество составляет около 78% указанной нормальной величины, и соответственно этому потребление кислорода головным мозгом снижено до 78,5% указанной в таблице нормальной величины. Эти данные указывают на существенные функциональные нарушения метаболизма головного мозга.
2 BRAIN
3. У третьего пациента в головной мозг по всем артериям поступает количество крови 0,501 л/мин, превышающее вычисленную нормальную величину - 0,452681 л/мин, и измеренное потребление кислорода головным мозгом превышает вычисленную норму. Эти данные свидетельствуют о том, что нарушение кровоснабжения головного мозга компенсировано за счет увеличения AVDO и повышения концентрации гемоглобина в крови.
2 BRAIN
4. У четвертой пациентки также за счет увеличенного поступления крови по всем четырем артериям, увеличения AVDO и увеличения концентрации гемоглобина в крови достигается нормальное потребление кислорода головным мозгом, то есть имеет место достаточная компенсация нарушенного кровоснабжения головного мозга.
2 BRAIN
5. У пятой пациентки измеренные величины кровотока в головном мозге и его потребления кислорода сильно снижены и не компенсированы - ни увеличением концентрации гемоглобина, ни увеличением AVDO. На основании этих данных можно заключить, что эта пациентка нуждается в срочной хирургической помощи.
Таким образом, способ позволяет не только оценить величину потока крови, поступающей в головной мозг, но и оценить реальную величину его метаболизма, естественно допуская сравнение с нормальными оценками кровотока и метаболизма головного мозга.
Литература
1. Шунькин А.В., Власов Ю.А., Окунева Г.Н., Караськов A.M., Ломиворотов В.Н., Дерягин М.Н. Способ определения метаболического и функционального резерва головного мозга во время кардиохирургической операции. Патент №2278386.
1. Мартыненков В.Я., Чурляев Ю.А., Лукашов К.В., Чеченин М.Г., Григорьев Е.В., Воеводин С.В., Редкокаша Л.Ю. Способ оценки метаболизма и системы транспорта кислорода к головному мозгу у больных с тяжелой черепно-мозговой травмой. Патент №2264162.
3. Москаленко Ю.Е. Кровоснабжение головного мозга. / Физиология кровообращения: физиология сосудистой системы. Ред. Б.И.Ткаченко. - Л.: Наука - 1984. - 652 с. Глава 11.2.1. - с.356-359.
4. Wade O.L., Bishop J.M. Cardiac output and regional blood flow. Oxford, 1962. 349р. Цит. по: Физиология кровообращения: регуляция кровообращнния. - Л.: Наука, - 1986. - 640 с.
5. Власов Ю.А. Онтогенез кровообращения человека. - Новосибирск: Наука, 1985. - 266 с. стр.94-95.
6. Литасова Е.Е., Власов Ю.А., Окунева Г.Н., Караськов A.M., Ломиворотов В.Н. Клиническая физиология искусственной гипотермии. - Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1997. - 565 с. (Стр. 233).