СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СЕРДЦА
METHOD OF DETERMINING MAXIMUM HEART PERFORMANCE

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.
2
Известен способ определения максимального потребления кислорода (МПО) [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 -
(min)
RR=(a/(1-k))+c,
(min)
где с - минимальная величина диастолической паузы, принятой равной ~0,05 с. Через RR определяется МРС.
2
2
Большинство способов оценки максимальной производительности сердечно-сосудистой системы основано на прямом измерении у обследуемых субъектов МПО, максимального ритма сердца и выявлении факторов, лимитирующих МПО (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).
2
Однако получаемые в этих способах оценки МПО 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.
и
макс
Измеряют перед нагрузкой ударный объем (УО) любым доступным способом, например методом эхокардиографии. Далее находят максимальный ударный объем сердца (УО) по уравнению, учитывающему максимальное потребление кислорода и поправку на индивидуальную величину ударного объема УОи по уравнению -
макс
где УО - максимальный ударный объем, мл;
и
УО - исходный ударный объем конкретного субъекта, мл;
с и b - коэффициенты уравнения -
исх
2макс
УО%=(с×Ln(ПО)+b);
2макс
где ПО - 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 коэффициентыс 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).
мин
Вычисляют по коэффициентам уравнения (2) минимальную продолжительность сердечного сокращения (интервал RR) по уравнению -
мин
где RR - 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);
мин
d - минимальная диастолическая пауза ~0,05 с (диастола), достаточная для восстановления способности к следующему сокращению такой же продолжительности - RR, с.
мин
Полученное значение RR переводят в максимальную частоту сердечных сокращений -
макс
где ЧCC - максимальная частота сердечных сокращений, уд/мин;
60 - число секунд в одной минуте;
мин
RR - минимальная продолжительность сердечного сокращения, с.
макс
макс
Вычисляют по полученным значениям УО и ЧCC потенциальную максимальную производительность сердца -
П(макс)
где МОК - потенциальная максимальная производительность сердца при полном использовании рабочего потенциала сердца, мл/мин;
макс
2макс
УО - максимальный ударный объем для измеренного максимального потребления кислорода (ПО), мл;
макс
ЧСС - максимальная частота сердечных сокращений, вычисленная по уравнениям (3, 4), уд/мин.
Примеры использования способа
Пример 1
Обследуемая здоровая девочка-подросток
Пол
Лет
УО<sub>и,</sub> мл
УО<sub>(макс),</sub> мл
ПО<sub>2 нагр,</sub> л/мин
ЧСС <sub>макс, </sub>уд/мин
RR, с
ЭМС, с
МОК<sub>макс,</sub> 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
и
макс
У обследованной девочки исходный ударный объем сердца (УО) 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 - 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
УО<sub>и</sub>, мл
УО<sub>макс,</sub> мл
ПО<sub>2 нагр</sub>, л/мин
ЧСС<sub>макс,</sub> уд/мин
МОК<sub>макс</sub>, 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
и
макс
У обследованного мужчины исходный ударный объем сердца (УО) 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 - 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
УО<sub>и</sub>, мл
УО<sub>макс</sub>, мл
ПО<sub>2 нагр</sub>, л/мин
ЧСС<sub>макс</sub>, уд/мин
RR, с
ЭМС, с
МОК<sub>макс</sub>, 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
и
маск
У обследованной женщины исходный ударный объем сердца (УО) 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 - 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
УО<sub>и</sub>, мл
УО<sub>макс</sub>, мл
ПО<sub>2нагр,</sub>л/мин
ЧСС<sub>макс</sub>, уд/мин
RR,c
ЭМС, с
МОК<sub>макс</sub>, 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
и
маск
У обследованного мужчины исходный ударный объем сердца (УО) 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 - 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.