Механические свойства сердечной мышцы

© БОРОДИНА Г.Н., ЛЕБЕДИНСКИЙ В.Ю., ПОПРАВКО Е.М., ХАЛИУЛИНА О.В. - 2015 УДК 611.12-013

механические свойства сердечной мышцы

Галина Николаевна Бородина1, Владислав Юрьевич Лебединский2, Евгения Михайловна Поправко3, Ольга Валерьевна Халиулина3

Резюме. Напряжение миокарда оценивается путем измерения внутримиокардиального давления, которое определяется соотношением, качественными и количественными характеристиками образующих его структурных элементов. Корреляционный анализ показал, что на напряжение в сердце в дополнение к кардиомиоцитам влияют волокна соединительной ткани.

Ключевые слова: сердце, онтогенез, структура желудочков, внутримиокардиальное давление.

mechanical properties of the cardiac muscle

G.N. Borodina1, V.Y. Lebedinskiy2, E.M. Poplavko3, O.V. Khaliulina3 ('Altay State Medical University; 2Irkutsk State Technical University;

'Irkutsk State Institute of Continuing Medical Studies, Russia)

Summary. The tension of the myocardium assessed by measuring intramyocardial pressure is determined by the ratio, the qualitative and quantitative characteristics of the constituent structural elements. Correlation analysis showed that the vibers of connective tissue influence upon the tension in the heart in addition to cardiomyocytes.

Key words: heart, ontogeny, structure of the ventricles, intramyocardial pressure.

Для характеристики состояния твердых тел в биомеханике и теории упругости существует понятие «напряжение», которое наиболее полно отражает механические процессы, происходящие в твердых телах. Биомеханическое напряжение есть отношение внутренних сил, направленных против воздействия извне внешних сил, вызывающих деформацию тела, к площади его сечения (а = Б / S ). Деформация - это обусловленное воздействием внешних сил смещение частиц материального тела относительно друг друга, при котором тело, испытывающее воздействие, не утрачивает своей непрерывности [1].

Различают следующие типы деформации: упругие (обратимые) и пластические (необратимые) - деформации растяжения, сжатия, сдвига, кручения и изгиба. При упругой деформации после снятия нагрузки тело полностью восстанавливает свою форму и размеры в первоначальном виде. Если же внешние силы перешли известный предел, то после прекращения их воздействия форма и размеры тела не восстанавливаются в первоначальном виде, а оставшуюся деформацию называют необратимой или пластической.

В миокарде структурами, испытывающими напряжение, являются соединительнотканные волокна стромы миокарда, гель интерстициального пространства, сосудистые структуры, кардиомиоциты, содержащие в своем составе фибриллярные сократительные белки и цитоске-лет. Механические свойства стенки сердца зависят как от свойств образующих ее компонентов, так и от особенностей их расположения и взаимосвязи друг с другом.

Одним из методов, позволяющих объективно оценить напряжение структур органа, т.е. биомеханические свойства, является измерение тканевого (внутри-миокардиального - ВМД) давления [4,5,8].

Цель исследования - изучить изменения механических свойств сердечной мышцы на всех этапах постна-тального онтогенеза.

Материалы и методы

Для изучения механических свойств структур стенки сердца был использован материал от 414 трупов людей обоего пола разных периодов онтогенеза, причина смерти которых не была связана с патологией органов

сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Набор материала производили в соответствии с закрепленной в законодательстве «презумпцией согласия» на изъятие органов (ст. 8 ФЗ РФ «О трансплантации органов и (или) тканей человека от 20.06.2000) и ФЗ РФ «О погребении и похоронном деле» в ред. от 26.06.2007 г.). При работе с трупным материалом придерживались принципов конфиденциальности и медицинской этики.

Изучение механических свойств (напряженно-деформированных состояний - НДС) стенки сердца осуществлялось путем измерения величин внутримиокардиального давления (ВМД). Определение ВМД проводилось стандартно во всех отделах, камерах, слоях сердца (в 71 точке) с помощью «игольной техники» методом постепенного повышения давления водного столба в манометре до выравнивания его с давлением в органе [4], широко используемым физиологами [9] в экспериментальных работах. При измерении ВМД непосредственно под эпи- и эндокардом в орган погружался только срез иглы. Исследование величин ВМД производилось в первые 1-2 часа после вскрытия, а материал хранился при комнатной температуре и смачивался физиологическим раствором. Измерение давления в наружных слоях органа производилось до рассечения и вскрытия камер сердца, а во внутренних - после него.

Весь полученный материал был обработан методами математической статистики с использованием пакета Statistika v. 6.1 (StatSoft, США). Описательная статистика проводилась непараметрическим методом с помощью расчета медианы, 25 и 75 процентиля. Различия между выборками оценивались с помощью непараметрического U-критерия Манна-Уитни. Для оценки связи количественных признаков использовался ранговый коэффициент корреляции Спирмена. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез p<0,05.

Результаты и обсуждение

Результаты наших исследований и данные литературы [1,2,7] позволяют сформулировать концептуальную схему формирования напряженно-деформированных состояний (НДС) структур миокарда, а, следовательно, и ВМД (рис. 1).

Рис. 1. Концептуальная схема формирования НДС (ВМД) структур сердца.

На материале сердец людей 1-ого периода зрелого возраста, когда закончено формирование всех структур, выяснено, что фоновое ВМД определяется соотношением, качественными и количественными характеристиками образующих структурных элементов сердца.

Подтверждением этого является то, что, по сравнению с наружной, во внутренней зоне миокарда выявлен больший относительный объем кардиомиоцитов. Это обеспечивает возникновение большей напряженности структур органа в них, т.е. большие величины ВМД. Кроме того ВМД выше в левых отделах органа, по сравнению с правыми, в желудочках, по сравнению с предсердиями.

Подтверждением нашей концепции являются результаты, полученные Б.А. Константиновым и соавт. [3], которые отмечают, что величина ВМД определяется в первую очередь состоянием и активностью кардиомиоцитов в динамике сердечного цикла, что позволило ввести в концептуальную схему функциональные НДС (рис. 1).

Изучая напряжение структур миокарда, было выявлено, что у новорожденных значение ВМД в желудочках составляет 32 мм водного столба. В обоих желудочках не выявлено значимых изменений НДС структур в зависимости от глубины погружения иглы в орган (рис. 2, 3).

В грудном возрасте напряжение структур миокарда в стенке желудочков возросло на 12,5% по сравнению с новорожденными. Как в правом (ПЖ), так и в левом желудочках (ЛЖ) НДС структур миокарда повышаются: субэпикардиально - на 12,9% и 9,7%, в глубине миокарда - на 15,6% и 12,5%, субэндокардиально - на 9,4% и 12,5%, соответственно (рис. 2, 3). При проведении дискриминантного анализа было показано, что новорожденность и грудной возраст отличаются друг от друга на 59,8%.

У детей раннего детства отмечается максимальный

прирост (на 20%) показателей ВМД в стенке желудочков, по сравнению с предыдущим возрастом. НДС структур миокарда повышаются в стенке как ЛЖ, так и ПЖ: субэпикар-диально - на 22,9% и 17,6%, в глубине миокарда - на 18,9% и 16,7%, субэндокардиально - на 25,7% и 19,4%, соответственно (рис. 2, 3). Во всех исследуемых точках выявлены значимые различия (р<0,05). При проведении дискри-минантного анализа было показано, что грудной возраст и раннее детство отличаются друг от друга на 64%.

У детей 1-го периода детства НДС структур миокарда желудочков снижаются на 4,8%. Оно остается большим в стенке ЛЖ, чем ПЖ. Если сравнивать с предыдущим возрастом, то показатели ВМД снижаются в стенке как ЛЖ, так и ПЖ: субэ-пикардиально - на 7% и 2,5%, субэндокардиально - на 4,5% и 7%, соответственно. В глубоких зонах миокарда оно не изменяется в ПЖ и уменьшается на 2,3% - в ЛЖ (рис. 2, 3). Во всех исследуемых точках значимых изменений напряжения структур не выявлено (р>0,05). При проведении дискриминантного анализа было показано,

что раннее детство и друг от друга на 66,3%.

1-й период детства отличаются

V т-

л'

> А»

/у,

Рис. 3. Динамика возрастных изменений показателей ВМД в левом желудочке (в мм водного столба).

Рис. 2. Динамика возрастных изменений показателей ВМД в правом желудочке (в мм водного столба).

У детей 2-го периода детства НДС структур миокарда желудочков вновь повышаются. На передней и задней стенках обоих желудочков отмечаются разнообразные изменения показателей ВМД. Так, в передней стенке обоих желудочков субэпикардиально напряжение структур миокарда увеличивается (в ЛЖ - на 2,6%, в ПЖ - на 5,3%), субэндокардиально - не изменяется, в глубоких зонах миокарда повышается на 2,4% в ПЖ и снижается на 4,5% - в ДЖ. В задней стенке ПЖ НДС структур сердца не изменяются субэпикардиально и субэн-докардиально, а в средних зонах миокарда они снижаются на 4,8%. В задней стенке ЛЖ ВМД субэпикардиально повышается на 7,5%, в средних зонах миокарда - не изменяется, субэндокардиально - снижается на 4,8% (рис. 2, 3). При проведении дискриминантного анализа было показано, что 1-й и 2-ой периоды детства отличаются друг от друга на 13,7%.

В подростковом возрасте НДС структур миокарда желудочков продолжают повышаться еще на 7,3% (рис. 2, 3). Оно остается больше в стенке ЛЖ, чем ПЖ. При сравнении с предыдущим возрастом показатели ВМД выросли в стенке как левого, так и правого желудочков: субэпикардиально - на 2,4% и 5%, в глубине миокарда - на 14,6% и 12,2%,

субэндокардиально - на 11,9% и 7,3%, соответственно (р>0,05). При проведении дискриминантного анализа было показано, что 2-ой период детства и подростковый возраст не отличаются друг от друга.

В юношеском возрасте все также давление остается большим в стенке левого, чем правого желудочка. По сравнению с предыдущим возрастом показатели ВМД выросли в стенке как ЛЖ, так и ПЖ: субэпикардиаль-но - на 11,6% и 7,1%, в глубине миокарда - на 2,1% и 4,3%, субэндокардиально - на 4,3% и 6,8%, соответственно (рис. 2, 3). При проведении дискриминантного анализа было показано, что подростковый и юношеский возрасты отличаются друг от друга на 50,1%.

У людей 1-го периода зрелого возраста показатели ВМД достигают максимальных величин. Напряжение структур все также остается большими в стенке ЛЖ, чем ПЖ. Если сравнить с предыдущим возрастом, то ВМД увеличилось во всех исследуемых точках как ЛЖ, так и ПЖ: субэпикардиально - на 8,3% и 13,3%, в глубине миокарда - на 12,5% и 10,4%, субэндокардиально - на 12,2% и 12,8%, соответственно (рис. 2, 3). Практически во всех исследуемых точках получены значимые различия (р<0,05). При проведении дискрими-нантного анализа было показано, что юношеский и 1-й период зрелого возраста отличаются друг от друга на 15,7%.

У людей 2-го периода зрелого возраста НДС структур миокарда желудочков уменьшаются на 20,8%, по сравнению с предыдущим возрастом. Как в ЛЖ, так и в ПЖ показатели ВМД значимо снижаются во всех исследуемых точках: субэпикардиально - на 21,2% и 23,5%, в глубине миокарда - на 14,8% и 22,6%, субэндокардиаль-но - на 16,4% и 24,5%, соответственно (рис. 2, 3). При проведении дискриминантного анализа было показано, что 1-й и 2-ой периоды зрелого возраста отличаются друг от друга на 39,4%.

В пожилом возрасте прирост показателей ВМД составил 16,7%, по сравнению со 2-ым периодом зрелого возраста. Как в ЛЖ, так и в ПЖ напряжение увеличилось: субэпикардиально - на 19,5% и 23,1%, в глубине миокарда - на 10,9% и 19,5%, субэндокардиально - на 8,7% и 20%, соответственно (рис. 2, 3). При проведении дискриминантного анализа было показано, что 2-ой период зрелого и пожилой возраста отличаются друг от друга на 60%.

В старческом возрасте показатели НДС структур миокарда в целом остаются на уровне предыдущего возраста. Выявляются незначительные локальные изменения. При проведении дискриминантного анализа было показано, что пожилой и старческий возраста отличаются друг от друга на 33,2%.

При проведении корреляционного анализа взаимосвязи НДС тканевых структур в различных зонах миокарда с характеристиками в них относительных объемов образующих их элементов было выяснено, что на формирование НДС помимо кардиомиоцитов (г=0,97±0,03) из элементов соединительной ткани наи-

большее влияние оказывает изменение относительного объема соединительнотканных волокон (г=0,99±0,01).

Анализируя полученные результаты, видно, что во всех камерах сердца до 1-го периода зрелого возраста нарастают показатели ВМД. В эти же возрастные периоды отмечается больший относительный объем кардио-миоцитов (рис. 4). Рост напряжения в раннем детстве и снижение в 1-ом периоде детства объясняется измене-

кардиомиоциты

-•- кардиомиоциты

соединительная ткань

соединительная ткань

Рис. 4. Динамика возрастных изменений суммарного относительного объема кардиомиоцитов и соединительной ткани в стенке правого и левого желудочков (в %).

нием структуры миокарда. «Зрелости» миокард достигает к 1-му периоду зрелого возраста, при этом его напряжение достигает максимума. Ко 2-ому периоду зрелого возраста НДС структур миокарда во всех отделах сердца значимо (р<0,05) снижаются, что объясняется уменьшением относительного объема кардиомиоцитов, следовательно, снижением активности и интенсивности работы органа, снижением тонуса кардиомиоци-тов, учитывая их вклад в напряжение стенки сердца в процессе сердечного цикла. Увеличение НДС тканевых структур (р<0,05) к пожилому и старческому возрастам сопровождается нарастанием относительного объема соединительной ткани в стенке сердца, утолщением и огрубеванием ее волокон, а, следовательно, и к увеличению ее жесткости.

Таким образом, измерение ВМД в стенке сердца в комплексе с другими методами исследования позволяет провести эффективную оценку морфофункционально-го состояния структур стенки органа.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Прозрачность исследования. Исследование не имело спонсорской поддержки. Исследователи несут полную ответственность за предоставление окончательной версии рукописи в печать.

Декларация о финансовых и иных взаимодействиях. Все авторы принимали участие в разработке концепции и дизайна исследования и в написании рукописи. Окончательная версия рукописи была одобрена всеми авторами. Авторы не получали гонорар за исследование. Работа поступила в редакцию: 12.06.2015 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Изаков В.Я. Введение в биомеханику пассивного миокарда. - М.: Наука, 2000. - 208 с.

2. Кантор Б.Я., Яблучанский Н.И., Шляховер В.Е. Нелинейная кардиобиомеханика левого желудочка. - Киев: Наук. думка, 1991. - 209 с.

3. Константинов Б.А. Оценка производительности и анализ поцикловой работы сердца в клинической практике.

- Л.: Наука, 1986. - 139 с.

4. Лебединский В.Ю. Внутримиокардиальное давление (природа, способы измерения и регистрации): метод. рекомендации. - Иркутск: изд-во УМНПО «Реаниматор», 1991.

- 76 с.

5. Лебединский В.Ю., Высоцкий Ю.А., Бородина Г.Н. Определение внутримиокардиального давления как метод оценки морфофункционального состояния структур сердца на разных этапах онтогенеза // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. - 2012. - № 6 (88). - С.67-70.

6. Поправко Е.М., Лебединский В.Ю., Бородина Г.Н. Напряженно-деформированные состояния структур миокарда желудочков сердца в постнатальном онтогенезе // Сибирский медицинский журнал (Иркутск). - 2014. - Т. 125. №2. - С.55-58.

7. Фатенков В.Н. Биомеханика сердца в эксперименте и клинике. - М.: Медицина, 1990. - 160 с.

8. Borodina G.N. Intramyocardial pressure estimation as the estimating method of morphofunctional condition of heart structures at different stages of ontogenesis // European Science and Technology: 2th International scientific conference. -

Wiesbaden, Germany, 2012. - P.436-440.

9. Silberberg A. The significance of hydrostatic pressure in the fluid phase of a structured of tissue space // Tissue-fluid pressure and composition. - Baltimore; London, 1981. - P.71-75.

REFERENCES

1. Isakov V.J. Introduction to the biomechanics of passive myocardium. - Moscow: Nauka, 2000. - 208 p.

2. Kantor B.Y., Yabluchansky N.I., Shlyahover V.E. Nonlinear cardiobiomechanics of the left ventricle. - Kiev: Sciences. Dumka, 1991. - 209 p.

3. Konstantinov B.A. Assess of capacity and analysis ofpazilova work of the heart in clinical practice. - Leningrad: Nauka, 1986. - 139 p.

4. Lebedinskiy V.Y. Intramyocardial pressure

5. Lebedinskiy V.Y., Vysotskiy Yu.A., Borodina G.N. Determine of the intramyocardial pressure as a method of assessment of morphofunctional state of the heart at different stages of ontogenesis // Bulletin Vostochno-Sibirskogo Nauchnogo Tsentra SO RAMN. - 2012. - № 6

6. Popravko E.M., Lebedinskiy V.Y., Borodina G.N. Strain-deformed conditions of structures of the myocardium of the ventricles of the heart in postnatal ontogenesis // Sibirskij Medicinskij Zurnal

7. Fatenkov V.N. Biomechanics of the heart in the experiment and clinic. - Moscow: Medicine, 1990. - 160 p.

8. Borodina G.N. Intramyocardial pressure estimation as the estimating method of morphofunctional condition of heart structures at different stages of ontogenesis // European Science and Technology: 2th International scientific conference. -Wiesbaden, Germany, 2012. - P.436-440.

9. Silberberg A. The significance of hydrostatic pressure in the fluid phase of a structured of tissue space // Tissue-fluid pressure and composition. - Baltimore; London, 1981. - P.71-75.

Информация об авторах:

Бородина Галина Николаевна - д.м.н., доцент, заведующий кафедрой анатомии, 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 40, ГБОУ ВПО АГМУ кафедра анатомии, тел. (3852) 364662, e-mail: borodina.g.agmu@gmail.com; Лебединский Владислав Юрьевич - д.м.н., профессор, научный руководитель центров здоровьесберегающих технологий и медико-биологических исследований, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ФГБОУ ВПО ИНИТУ, тел. (3952) 405133, e-mail: lebedinskiy@istu.edu; Поправко Евгения Михайловна - ассистент кафедры терапии и кардиологии, 664079, г. Иркутск, м-н Юбилейный, 100, тел. (3952) 638529, e-mail: popravko_em@mail.ru; Халиулина Ольга Валерьевна - ассистент кафедры функциональной диагностики, 664079, г. Иркутск, м-н Юбилейный, 100, тел. (3952) 667552, e-mail: khaliulina.olga@mail.ru.

Information About the Authors:

Borodina Galina N. - MD, PhD, DSc (Medicine), Head of the Department of anatomy, 656038, Russia, Barnaul, Lenin Avenue, 40,

tel.: 8 (3852) 364662, e-mail: borodina.g.agmu@gmail.com; Lebedinskiy Vladislav Y. - MD, PhD, DSc (Medicine), Professor, tel.: 8 (3952) 405133, e-mail: lebedinskiy@istu.edu; Popravko Evgeniya M. - assistant of the Department of therapy and cardiology, tel. (3952) 638529, e-mail: popravko_em@mail.ru; Khaliulina Olga V. - assistant of the Department of functional diagnostics,

tel. (3952) 667552, e-mail: khaliulina.olga@mail.ru.

здоровье, вопросы организации здравоохранения

© АЛЕКСЕЕВСКАЯ Т.И., БАТРАНИНА О.Н. - 2015 УДК 614.23/.25:[364:614.21]

организационное обеспечение внедрения системы оценки качества работы медицинского персонала в учреждениях, предоставляющих социальные услуги в виде стационарной формы обслуживания

Татьяна Иннокентьевна Алексеевская1, Оксана Николаевна Батранина2

Резюме. Цель исследования: разработка и внедрение организационной технологии обеспечения системы качества медико-социальных услуг в учреждениях социального обслуживания. Автором проанализирован ряд нормативно-правовых актов Российской Федерации, Иркутской области, локальные приказы и положения, система качества работы учреждения социального обслуживания, экспертные карты, анкеты. В результате исследования представлена система качества работы учреждения социального обслуживания, определены и внедрены основные критерии оценки качества сестринской помощи в социальном учреждении, выделены особенности оказания сестринских услуг. Обоснована необходимость внедрения системы оценки качества работы медицинского персонала.

Ключевые слова: социальное обслуживание, медико-социальные услуги, стандарты социальной работы, экспертные карты, технологии и показатели оценки качества работы медицинских сестер.