СПОСОБ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ КАПИЛЛЯРНОГО РУСЛА СЕРДЦА У ЧЕЛОВЕКА
METHOD OF EVALUATING PARAMETRES OF HEART CAPILLARY BED IN MAN

Изобретение относится к области медицины, а именно к клинической физиологии, кардиохирургии и кардиологии.
Известен способ расчета плотности капилляров в скелетных мышцах человека при максимальной нагрузке, заключающийся в том, что плотность капилляров и их анатомические параметры измеряют в биоптатах, полученных из скелетных мышц во время физических упражнений [1]. Однако само взятие биопсии и подготовка взятого образца ткани для гистологических измерений вносит искажения и не может быть использовано для мониторинга в условиях, которые исключают взятие биопсии. Другие авторы измеряют параметры капиллярного русла сердца человека посмертно на анатомических препаратах [2].
В этих публикациях оценка параметров капиллярного русла в сердце человека не связывается с антропометрическими и физиологическими данными конкретного человека - его возрастом, полом, ростом, массой тела, концентрацией гемоглобина, оксигенацией артериальной крови.
Целью изобретения является получение точных значений параметров капиллярного русла в сердце конкретного человека для мониторинга деятельности сердца, а именно: - число, плотность, длина капилляра, скорость движения капиллярной крови, объем капиллярной крови по антропометрическим и физиологическим данным конкретного человека, которые доступны для точного измерения в различных условиях, включая экстремальные.
a
Способ реализуется следующим образом. У конкретного человека возраста А (лет), (1≤А≤80 лет) и пола измеряют следующие параметры: рост Н (см); массу тела М (кг); концентрацию гемоглобина n (г/л); оксигенацию артериальной крови y (%). По этим данным вычисляют следующие параметры.
н
1. Удельное потребление сердцем кислорода при нормальной температуре тела (q), для чего вычисляют:
1.1. Площадь тела (S)
1.2. Удельную теплопродукцию (по [3; стр.32-36.]) (w)
для мужчин:
1.3. Скорость потребления кислорода всем организмом (Q)
н
1.4. Удельное потребление кислорода сердцем человека (q)
для мужчин
2
н
2. Вычисляют радиус тканевого цилиндра (R) через вычисление удельного потребления кислорода сердцем (q) по уравнению цилиндра Крога из источника [4, стр.172]
при значениях
кр
р=12 мм рт.ст. - критическое давление кислорода на венозном конце капилляра,
0
R=2.5 мкм - внутренний радиус капилляра,
0
0.5
b=2.9(R)-3=1.58 мкм - толщина стенки капилляра,
1
0
R=R+b=4.08 мкм - внешний радиус капилляра,
аппроксимируется уравнением
2
где R - радиус тканевого цилиндра (мкм),
Н
3
q - удельное потребление кислорода сердцем человека (моль/м/с).
3. Плотность капилляров в сердце
2
где R - радиус тканевого цилиндра (мкм).
4. Время движения крови (t) от артериального к венозному концу капилляра в тканевом цилиндре.
Из закона сохранения количества кислорода в тканевом цилиндре
0
1
где R, R - соответственно внутренний и внешний радиус капилляра (мкм),
2
R - радиус тканевого цилиндра, вычисленный по уравнению (6) (мкм),
L - длина тканевая цилиндра, вычисленная по уравнению (11) (мкм),
длина тканевого цилиндра равна длине капилляра,
ν - скорость движения крови по капилляру (мкм/с),
H
3
q - удельная скорость потребления кислорода сердцем человека (моль/м/с),
3
n - концентрация гемоглобина в крови (моль/м),
a
a
y - оксигенация артериальной крови (0≤y≤1),
k
y=0.12 - оксигенация крови на конце капилляра [4, стр.172]; после преобразований равенства (8) получаем формулу для определения времени движения крови по капилляру
2
где R - радиус тканевого цилиндра (мкм),
n - концентрация гемоглобина в капиллярной крови (г/л),
a
y - оксигенация артериальной крови (%),
H
3
q - удельная скорость потребления сердцем кислорода (моль/м/с).
5. Длина капилляра. Один тканевый цилиндр содержит один кровеносный капилляр. Длина капилляра и длина тканевого цилиндра равны.
Средняя скорость движения крови по капилляру описывается уравнением Пуазейля
a
k
где η=1.44 сП - вязкость крови в капилляре, P-P=33-17=16 мм рт.ст. - разность гемодинамических давлений крови на артериальном и венозном конце капилляра.
L - длина капилляра, равная длине тканевого цилиндра (мкм).
После преобразований уравнения (10) получаем длину капилляра
0
где R - внутренний радиус капилляра, равный 2,5 (мкм) (см. урав. 5),
t - время движения крови по капилляру (с).
6. Число капилляров в сердце равно
где L - длина тканевого цилиндра (мкм),
2
R - радиус тканевого цилиндра (мкм),
3
ρ=1070 (кг/м) - плотность сердца,
3
- объем тканевого цилиндра (м),
H
М - масса сердца (кг), которая равна
где М - масса тела (кг)
Число капилляров на 100 г сердца равно
где - L - длина тканевого цилиндра (мкм),
7. Объем капиллярной крови в сердце равен
H
где М - масса сердца (кг),
0
R - внутренний радиус капилляра (мкм),
L - длина капилляра (мкм),
H
N - число капилляров в сердце,
2
R - радиус тканевого цилиндра (мкм),
L - длина капилляров (мкм).
Объем капиллярной крови на 100 г сердца равен
0
где - R - внутренний радиус капилляра (мкм),
2
R - радиус тканевого цилиндра (мкм).
Примеры использования способа. Вычисленная по формуле (7) зависимость плотности капилляров сердца от возраста указана на чертеже.
Все вычисленные параметры капиллярного русла здорового мужчины представлены в таблице. Данные таблицы демонстрируют зависимость основных параметров капиллярного русла сердца человека от основных антропометрических параметров организма человека: возраста, роста, массы тела и массы сердца, и переменных физиологических величин: концентрации гемоглобина в крови, насыщения артериальной крови кислородом. Это делает предложенный способ удобным для мониторирования деятельности сердца, для получения оценок относительных изменений в процессе адаптации к различным экстремальным влияниям на организм человека.
Примечание: JA-справ [5].
Таким образом, способ позволяет оценить число всех капилляров в сердце, их плотность, длину, скорость движения по ним крови и объем всей капиллярной крови в коронарном русле сердца, их связь с антропометрическими данными пациента, а также другие параметры - радиус и объем тканевого цилиндра.
Литература.
1 B.J.McGuirel and T.W.Secomb. Estimation of capillary density in human skeletal muscle based on maximal oxygen consumption rates // Am J Physiol Heart Circ Physiol 2003 - V.285: - №6: - Н2382-Н2391.
2 Stoker M.E., Gerdes A.M., May J.F. Regional differences in capillary density and myocyte size in the normal human heart // Anat Rec. - 1982. - V.202. - №2: - P.187-191
3 Fleisch A. Neue Methoden zum Studium des Gasaustausches und der Lungenfunktion. Leipzig: VEB Georg Thime, 1956. - 107s..
4 Власов Ю.А., Смирнов С.М. От молекулы гемоглобина - к системе микроциркуляции. Новосибирск: Наука, 1993. - 245 с.
5 Власов Ю.А., Окунева Г.Н. Кровообращение и газообмен человека. Справочное руководство. Новосибирск: Наука. - 320 с.