В физиологии сердца сердечный выброс ( CO ), также известный как сердечный выброс и часто обозначаемый символами , , или , [2] является объемной скоростью потока сердечного выброса: то есть объемом крови , перекачиваемой одним желудочком сердца за единицу времени (обычно измеряется в минуту). Сердечный выброс (CO) является произведением частоты сердечных сокращений (ЧСС), то есть числа ударов сердца в минуту (уд/мин), и ударного объема (УО), который является объемом крови, перекачиваемой левым желудочком за удар; таким образом, получается формула:
Значения сердечного выброса обычно обозначаются как л/мин. Для здорового человека весом 70 кг сердечный выброс в состоянии покоя составляет в среднем около 5 л/мин; если предположить, что частота сердечных сокращений составляет 70 ударов/мин, ударный объем составит приблизительно 70 мл.
Поскольку сердечный выброс связан с количеством крови, доставляемой в различные части тела, он является важным компонентом того, насколько эффективно сердце может удовлетворять потребности организма в поддержании адекватной перфузии тканей . Ткани тела требуют постоянной доставки кислорода, которая требует постоянной транспортировки кислорода к тканям посредством системной циркуляции оксигенированной крови при адекватном давлении из левого желудочка сердца через аорту и артерии. Доставка кислорода (DO 2 мл/мин) является результатом потока крови (сердечный выброс CO) умноженным на содержание кислорода в крови (CaO 2 ). Математически это рассчитывается следующим образом: доставка кислорода = сердечный выброс × содержание кислорода в артериальной крови, что дает формулу:
При сердечном выбросе в состоянии покоя 5 л/мин «нормальная» доставка кислорода составляет около 1 л/мин. Количество/процент потребляемого циркулирующего кислорода (VO2 ) в минуту через метаболизм варьируется в зависимости от уровня активности, но в состоянии покоя составляет около 25% от DO2 . Физические упражнения требуют более высокого уровня потребления кислорода, чем в состоянии покоя, для поддержки повышенной мышечной активности. В случае сердечной недостаточности фактический CO2 может быть недостаточным для поддержки даже простых действий повседневной жизни; и он не может увеличиться в достаточной степени для удовлетворения более высоких метаболических потребностей, вытекающих даже из умеренных упражнений.
Сердечный выброс — это глобальный параметр кровотока, представляющий интерес для гемодинамики , изучения кровотока. Факторы, влияющие на ударный объем и частоту сердечных сокращений, также влияют на сердечный выброс. Рисунок справа иллюстрирует эту зависимость и перечисляет некоторые из этих факторов. Подробная иерархическая иллюстрация представлена на следующем рисунке.
Существует множество методов измерения CO, как инвазивных, так и неинвазивных; каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, описанные ниже.
Функция сердца — прогонять кровь через кровеносную систему в цикле, который доставляет кислород, питательные вещества и химические вещества клеткам организма и удаляет клеточные отходы. Поскольку оно выкачивает всю кровь, которая возвращается в него из венозной системы , количество крови, возвращающейся в сердце, фактически определяет количество крови, выкачиваемой сердцем — его сердечный выброс, Q. Сердечный выброс классически определяется наряду с ударным объемом (SV) и частотой сердечных сокращений (HR) как: [ необходима цитата ]
При стандартизации того, какие значения CO считаются находящимися в пределах нормы независимо от размера тела субъекта, общепринятым соглашением является дальнейшее индексирование уравнения ( 1 ) с использованием площади поверхности тела (ППТ), что приводит к сердечному индексу (СИ). Это подробно описано в уравнении ( 2 ) ниже.
Существует ряд клинических методов измерения сердечного выброса, от прямой внутрисердечной катетеризации до неинвазивного измерения артериального пульса. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Относительное сравнение ограничено отсутствием общепринятого «золотого стандарта» измерения. Сердечный выброс также может существенно зависеть от фазы дыхания — изменения внутригрудного давления влияют на диастолическое наполнение и, следовательно, на сердечный выброс. Это особенно важно во время искусственной вентиляции легких, при которой сердечный выброс может изменяться до 50% в течение одного дыхательного цикла. [ необходима цитата ] Поэтому сердечный выброс следует измерять в равномерно распределенных точках в течение одного цикла или усреднять по нескольким циклам. [ необходима цитата ]
Инвазивные методы хорошо приняты, но появляется все больше доказательств того, что эти методы не являются ни точными, ни эффективными в руководстве терапией. Следовательно, растет внимание к разработке неинвазивных методов. [5] [6] [7]
Этот метод использует ультразвук и эффект Доплера для измерения сердечного выброса. Скорость крови через сердце вызывает допплеровский сдвиг частоты возвращающихся ультразвуковых волн. Этот сдвиг затем можно использовать для расчета скорости потока и объема, а также, по сути, сердечного выброса, используя следующие уравнения: [ необходима цитата ]
где:
Будучи неинвазивным, точным и недорогим, допплеровское ультразвуковое исследование является обычной частью клинического ультразвукового исследования; оно имеет высокий уровень надежности и воспроизводимости и применяется в клинической практике с 1960-х годов. [ необходима ссылка ]
Эхокардиография — это неинвазивный метод количественной оценки сердечного выброса с помощью ультразвука. Двумерное (2D) ультразвуковое исследование и допплеровские измерения используются вместе для расчета сердечного выброса. Двумерное измерение диаметра (d) аортального кольца позволяет рассчитать площадь поперечного сечения потока (CSA), которая затем умножается на VTI профиля допплеровского потока через аортальный клапан, чтобы определить объем потока за удар (ударно- спазматический объем , SV). Затем результат умножается на частоту сердечных сокращений (HR), чтобы получить сердечный выброс. Хотя он используется в клинической медицине, он имеет широкую вариабельность между повторными тестами. [8] Говорят, что он требует обширной подготовки и навыков, но точные шаги, необходимые для достижения клинически адекватной точности, никогда не были раскрыты. Двумерное измерение диаметра аортального клапана является одним из источников шума; другие — это изменение ударного объема от удара к удару и тонкие различия в положении датчика. Альтернативой, которая не обязательно более воспроизводима, является измерение легочного клапана для расчета правостороннего CO. Хотя это широко распространено, этот метод требует много времени и ограничен воспроизводимостью его составных элементов. В клинической практике точность SV и CO составляет порядка ±20%. [ необходима цитата ]
Ультразвуковой монитор сердечного выброса (USCOM) использует непрерывный волновой допплер для измерения профиля допплеровского потока VTI. Он использует антропометрию для расчета диаметров аортального и легочного клапанов и CSA, что позволяет проводить измерения Q справа и слева . По сравнению с эхокардиографическим методом USCOM значительно улучшает воспроизводимость и повышает чувствительность обнаружения изменений потока. Автоматическое отслеживание профиля допплеровского потока в реальном времени позволяет проводить измерения Q справа и слева от удара к удару , упрощая работу и сокращая время получения данных по сравнению с обычной эхокардиографией. USCOM был проверен от 0,12 л/мин до 18,7 л/мин [9] у новорожденных, [10] детей [11] и взрослых. [12] Метод может применяться с одинаковой точностью к пациентам всех возрастов для разработки физиологически рациональных гемодинамических протоколов. USCOM — единственный метод измерения сердечного выброса, который достиг эквивалентной точности имплантируемого датчика потока. [13] Такая точность обеспечила высокий уровень клинического использования при таких состояниях, как сепсис, сердечная недостаточность и гипертония. [14] [15] [16]
Трансэзофагеальная допплерография включает в себя две основные технологии: трансэзофагеальную эхокардиограмму , которая в основном используется в диагностических целях, и мониторинг эзофагеальной допплерографии , которая в основном используется для клинического мониторинга сердечного выброса. Последняя использует непрерывно-волновую допплерографию для измерения скорости крови в нисходящей грудной аорте . Ультразвуковой зонд вводится либо орально, либо через нос в пищевод до уровня середины грудной клетки, в этой точке пищевод лежит рядом с нисходящей грудной аортой . Поскольку датчик находится близко к кровотоку, сигнал четкий. Может потребоваться повторная фокусировка зонда для обеспечения оптимального сигнала. Этот метод имеет хорошую валидацию, широко используется для управления жидкостью во время операции с доказательствами улучшения результатов для пациента, [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] и был рекомендован Национальным институтом здравоохранения и клинического мастерства Великобритании ( NICE ). [25] Эзофагеальный допплеровский мониторинг измеряет скорость крови, а не истинный Q , поэтому полагается на номограмму [26] на основе возраста, роста и веса пациента для преобразования измеренной скорости в ударный объем и сердечный выброс. Этот метод обычно требует седации пациента и допускается для использования как у взрослых, так и у детей. [ необходима цитата ]
Методы пульсового давления (PP) измеряют давление в артерии с течением времени, чтобы получить форму волны и использовать эту информацию для расчета сердечной деятельности. Однако любое измерение артерии включает изменения давления, связанные с изменениями артериальной функции, например, податливостью и импедансом. Предполагается, что физиологические или терапевтические изменения диаметра сосудов отражают изменения Q. Методы PP измеряют совместную производительность сердца и кровеносных сосудов, тем самым ограничивая их применение для измерения Q. Это можно частично компенсировать путем периодической калибровки формы волны для другого метода измерения Q , а затем мониторинга формы волны PP. В идеале форма волны PP должна быть откалибрована на основе удара за ударом. Существуют инвазивные и неинвазивные методы измерения PP. [ необходима цитата ]
В 1967 году чешский физиолог Ян Пеньяз изобрел и запатентовал метод объемного зажима для измерения непрерывного артериального давления. Принцип метода объемного зажима заключается в динамическом обеспечении одинакового давления по обе стороны стенки артерии. При зажиме артерии до определенного объема внутреннее давление — внутриартериальное давление — уравновешивает внешнее давление — давление манжеты на палец. Пеньяз решил, что палец — оптимальное место для применения этого метода объемного зажима. Использование манжет на палец исключает применение устройства у пациентов без вазоконстрикции, например, при сепсисе или у пациентов, принимающих вазопрессоры. [ необходима цитата ]
В 1978 году ученые BMI-TNO, исследовательского подразделения Нидерландской организации прикладных научных исследований в Амстердамском университете , изобрели и запатентовали ряд дополнительных ключевых элементов, которые позволяют использовать объемный зажим в клинической практике. Эти методы включают использование модулированного инфракрасного света в оптической системе внутри датчика, легкую, легко надеваемую манжету для пальцев с фиксацией на липучке , новый принцип пневматического пропорционального регулирующего клапана и стратегию заданного значения для определения и отслеживания правильного объема, при котором следует зажимать артерии пальцев — систему Physiocal. Этот трекер Physiocal, аббревиатура от физиологической калибровки артерий пальцев, оказался точным, прочным и надежным. [ необходима цитата ]
Методология Finapres была разработана для использования этой информации для расчета артериального давления из данных давления на манжете пальца. Был разработан обобщенный алгоритм для коррекции разницы в уровне давления между пальцами и плечевыми участками у пациентов. Эта коррекция работала во всех обстоятельствах, в которых она была протестирована, — даже когда она не была для этого разработана, — поскольку она применяла общие физиологические принципы. Этот инновационный метод реконструкции формы волны плечевого давления был впервые реализован в Finometer, преемнике Finapres, который BMI-TNO представил на рынке в 2000 году. [ необходима цитата ]
Наличие непрерывной, высокоточной, калиброванной формы волны артериального давления открыло перспективу вычисления интегрированной гемодинамики от удара к удару, основанной на двух понятиях: давление и поток взаимосвязаны в каждом месте артериальной системы их так называемым характеристическим сопротивлением. В проксимальном участке аорты 3-элементная модель Виндкесселя этого сопротивления может быть смоделирована с достаточной точностью у отдельного пациента с известным возрастом, полом, ростом и весом. Согласно сравнениям неинвазивных периферических сосудистых мониторов, скромная клиническая полезность ограничена пациентами с нормальным и инвариантным кровообращением. [27]
Инвазивный мониторинг PP включает в себя введение датчика давления манометра в артерию — обычно лучевую или бедренную артерию — и непрерывное измерение формы волны PP. Обычно это делается путем подключения катетера к устройству обработки сигнала с дисплеем. Затем форму волны PP можно проанализировать для получения измерений сердечно-сосудистой производительности. Изменения сосудистой функции, положение кончика катетера или затухание сигнала формы волны давления будут влиять на точность показаний. Инвазивные измерения PP могут быть калиброванными или некалиброванными. [ необходима цитата ]
PiCCO (PULSION Medical Systems AG, Мюнхен, Германия) и PulseCO (LiDCO Ltd, Лондон, Англия) генерируют непрерывный Q путем анализа формы волны артериального PP. В обоих случаях требуется независимая методика для обеспечения калибровки непрерывного анализа Q, поскольку анализ артериального PP не может учитывать неизмеренные переменные, такие как изменяющаяся податливость сосудистого русла. Повторная калибровка рекомендуется после изменения положения пациента, терапии или состояния. [ необходима цитата ]
В PiCCO транспульмональная термодилюция, которая использует принцип Стюарта-Гамильтона, но измеряет изменения температуры от центральной венозной линии до центральной артериальной линии, т. е. бедренной или подмышечной артериальной линии, используется в качестве метода калибровки. Значение Q, полученное из холодно-солевой термодилюции, используется для калибровки артериального контура PP, который затем может обеспечивать непрерывный мониторинг Q. Алгоритм PiCCO зависит от морфологии формы волны артериального давления (математический анализ формы волны PP), и он вычисляет непрерывный Q, как описано Весселингом и коллегами. [28] Транспульмональная термодилюция охватывает правое сердце, легочный кровоток и левое сердце, позволяя проводить дальнейший математический анализ кривой термодилюции и давая измерения объемов наполнения сердца ( GEDV ), интраторакального объема крови и внесосудистой воды легких. Транспульмональная термодилюция позволяет проводить менее инвазивную калибровку Q , но она менее точна, чем термодилюция PA, и требует наличия центральной венозной и артериальной линии, что сопряжено с риском инфицирования. [ необходима ссылка ]
В LiDCO независимая методика калибровки — разбавление хлорида лития с использованием принципа Стюарта-Гамильтона. Разбавление хлорида лития использует периферическую вену и периферическую артериальную линию. Как и в PiCCO, рекомендуется частая калибровка при изменении Q. [29] События калибровки ограничены по частоте, поскольку они включают инъекцию хлорида лития и могут быть подвержены ошибкам в присутствии определенных миорелаксантов. Алгоритм PulseCO, используемый LiDCO, основан на выводе мощности импульса и не зависит от морфологии формы волны. [ необходима цитата ]
FloTrac/Vigileo ( Edwards Lifesciences ) — это некалиброванный гемодинамический монитор, основанный на анализе контура пульса. Он оценивает сердечный выброс ( Q ), используя стандартный артериальный катетер с манометром, расположенным в бедренной или лучевой артерии. Устройство состоит из высокоточного датчика давления, который при использовании с поддерживающим монитором (монитором Vigileo или EV1000) выводит левосторонний сердечный выброс ( Q ) из выборки артериальных пульсаций. Устройство использует алгоритм, основанный на законе сердца Франка-Старлинга , который гласит, что пульсовое давление (PP) пропорционально ударному объему (SV). Алгоритм вычисляет произведение стандартного отклонения волны артериального давления (AP) за выбранный период в 20 секунд и фактора сосудистого тонуса (Khi или χ) для генерации ударного объема. Уравнение в упрощенной форме выглядит так: , или, . Khi предназначен для отражения артериального сопротивления; комплаенс — это многомерное полиномиальное уравнение, которое непрерывно количественно определяет артериальную комплаенс и сосудистое сопротивление. Khi делает это, анализируя морфологические изменения форм волн артериального давления на побитовой основе, основываясь на принципе, что изменения в комплаенсе или сопротивлении влияют на форму волны артериального давления. Анализируя форму указанных волн, оценивается влияние сосудистого тонуса, что позволяет рассчитать SV. Затем Q выводится с помощью уравнения ( 1 ). Только перфузируемые удары, которые генерируют артериальную волну, учитываются в HR. [ необходима цитата ]
Эта система оценивает Q, используя существующий артериальный катетер с переменной точностью. Эти артериальные мониторы не требуют внутрисердечной катетеризации из катетера легочной артерии. Они требуют артериальной линии и, следовательно, являются инвазивными. Как и в случае с другими системами артериальных волн, короткие сроки настройки и сбора данных являются преимуществами этой технологии. К недостаткам относится ее неспособность предоставлять данные относительно правостороннего сердечного давления или смешанного венозного насыщения кислородом. [30] [31] Измерение вариации ударного объема (SVV), которое предсказывает чувствительность к объему, является неотъемлемой частью всех технологий артериальных волн. Оно используется для управления оптимизацией жидкости у хирургических пациентов с высоким риском или в критическом состоянии. Была опубликована программа физиологической оптимизации, основанная на гемодинамических принципах, которая включает пары данных SV и SVV. [32]
Системы артериального мониторинга не способны предсказать изменения сосудистого тонуса; они оценивают изменения в сосудистой податливости. Измерение давления в артерии для расчета потока в сердце физиологически нерационально и имеет сомнительную точность [33] и не имеет доказанной пользы. [34] Мониторинг артериального давления ограничен у пациентов без искусственной вентиляции легких, при фибрилляции предсердий, у пациентов, принимающих вазопрессоры, и у пациентов с динамической автономной системой, например, при сепсисе. [29]
Метод аналитической регистрации давления (PRAM) оценивает Q из анализа профиля волны давления, полученного из артериального катетера — радиального или бедренного доступа. Затем эта форма волны PP может быть использована для определения Q. Поскольку форма волны дискретизируется с частотой 1000 Гц, обнаруженная кривая давления может быть измерена для расчета фактического ударного объема от удара к удару. В отличие от FloTrac, не требуются ни постоянные значения импеданса из внешней калибровки, ни форма предварительно оцененных данных in vivo или in vitro . [ необходима цитата ]
PRAM был проверен в соответствии с принятыми золотыми стандартными методами в стабильном состоянии [35] и в различных гемодинамических состояниях. [36] Его можно использовать для мониторинга детей и пациентов с механической поддержкой. [37] [38]
Обычно контролируемые гемодинамические значения, параметры реагирования на жидкость и эксклюзивная ссылка предоставляются PRAM: эффективность сердечного цикла (CCE). Она выражается чистым числом в диапазоне от 1 (наилучший) до -1 (наихудший) и указывает на общую связь сердечно-сосудистой реакции. Соотношение между работой сердца и потребляемой энергией, представленное как «индекс стресса» CCE, может иметь первостепенное значение для понимания настоящего и будущего состояния пациента. [39]
Импедансная кардиография (часто сокращенно ICG, или торакальный электрический биоимпеданс (TEB)) измеряет изменения электрического импеданса в грудной области в течение сердечного цикла. Более низкий импеданс указывает на больший объем интраторакальной жидкости и кровоток. Синхронизируя изменения объема жидкости с сердцебиением, изменение импеданса можно использовать для расчета ударного объема, сердечного выброса и системного сосудистого сопротивления. [40]
Используются как инвазивные, так и неинвазивные подходы. [41] Надежность и обоснованность неинвазивного подхода получили некоторое признание, [42] [43] [44] [45] хотя по этому вопросу нет полного согласия. [46] Клиническое использование этого подхода в диагностике, прогнозировании и терапии различных заболеваний продолжается. [47]
Неинвазивное оборудование ICG включает Bio-Z Dx, [48] Niccomo, [49] и продукцию TEBCO от BoMed. [50] [51]
Ультразвуковое разбавление (UD) использует нормальный физиологический раствор (NS) температуры тела в качестве индикатора, вводимого в экстракорпоральную петлю для создания атриовентрикулярного (AV) кровообращения с помощью ультразвукового датчика, который используется для измерения разбавления, а затем для расчета сердечного выброса с использованием запатентованного алгоритма. Ряд других гемодинамических переменных, таких как общий объем конечной диастолы (TEDV), центральный объем крови (CBV) и активный объем кровообращения (ACVI), можно рассчитать с помощью этого метода. [ необходима цитата ]
Метод UD был впервые представлен в 1995 году. [52] Он широко использовался для измерения потока и объемов в условиях экстракорпорального контура, таких как ЭКМО [53] [54] и гемодиализ , [55] [56], что привело к более чем 150 рецензируемым публикациям. UD теперь адаптирован для отделений интенсивной терапии (ОИТ) в качестве устройства COstatus. [57]
Метод UD основан на разбавлении ультразвукового индикатора. [58] Скорость ультразвука крови (1560–1585 м/с) является функцией общей концентрации белка в крови — суммы белков в плазме и в эритроцитах — и температуры. Инъекция нормального физиологического раствора температуры тела (скорость ультразвука физиологического раствора составляет 1533 м/с) в уникальную петлю AV снижает скорость ультразвука крови и создает кривые разбавления. [ необходима цитата ]
UD требует установления экстракорпорального кровообращения через его уникальную петлю AV с двумя уже существующими артериальными и центральными венозными линиями у пациентов отделения интенсивной терапии. Когда индикатор солевого раствора вводится в петлю AV, он обнаруживается венозным зажимным датчиком на петле до того, как он попадет в правое предсердие сердца пациента. После того, как индикатор проходит через сердце и легкие, кривая концентрации в артериальной линии регистрируется и отображается на мониторе COstatus HCM101. Сердечный выброс рассчитывается из площади кривой концентрации с использованием уравнения Стюарта-Гамильтона. UD является неинвазивной процедурой, требующей только подключения к петле AV и двум линиям от пациента. UD был специализирован для применения у детей, находящихся в отделении интенсивной терапии, и, как было показано, является относительно безопасным, хотя и инвазивным и воспроизводимым. [ необходима цитата ]
Электрокардиометрия — неинвазивный метод, аналогичный импедансной кардиографии; оба метода измеряют электрический биоимпеданс грудной клетки (TEB). Базовая модель отличается между двумя методами; Электрокардиометрия приписывает резкое увеличение TEB от удара к удару изменению ориентации эритроцитов. Для измерения сердечного выброса требуются четыре стандартных электрода ЭКГ. Электрокардиометрия — это метод, зарегистрированный под торговой маркой Cardiotronic, Inc., и показывает многообещающие результаты у широкого круга пациентов. В настоящее время он одобрен в США для использования у взрослых, детей и младенцев. Электрокардиометрические мониторы показали себя многообещающими у послеоперационных пациентов, перенесших хирургическое вмешательство на сердце, как в гемодинамически стабильных, так и в нестабильных случаях. [59]
Фазовый контраст с кодированием скорости Магнитно-резонансная томография (МРТ) [60] является наиболее точным методом измерения потока в крупных сосудах млекопитающих. Было показано, что измерения потока МРТ являются более точными по сравнению с измерениями, выполненными с помощью стакана и таймера, [61] и менее изменчивыми, чем принцип Фика [62] и термодилюция. [63]
МРТ с кодированием скорости основана на обнаружении изменений в фазе прецессии протонов . Эти изменения пропорциональны скорости движения протонов через магнитное поле с известным градиентом. При использовании МРТ с кодированием скорости результатом являются два набора изображений, по одному для каждой временной точки сердечного цикла. Одно из них является анатомическим изображением, а другое — изображением, на котором интенсивность сигнала в каждом пикселе прямо пропорциональна скорости сквозной плоскости. Средняя скорость в сосуде, т. е. аорте или легочной артерии , количественно определяется путем измерения средней интенсивности сигнала пикселей в поперечном сечении сосуда с последующим умножением на известную константу. Поток рассчитывается путем умножения средней скорости на площадь поперечного сечения сосуда. Эти данные о потоке можно использовать в графике зависимости потока от времени. Площадь под кривой зависимости потока от времени для одного сердечного цикла является ударным объемом. Длина сердечного цикла известна и определяет частоту сердечных сокращений; Q можно рассчитать с помощью уравнения ( 1 ). МРТ обычно используется для количественной оценки потока за один сердечный цикл как среднего значения нескольких сердечных сокращений. Также возможно количественно оценить ударный объем в реальном времени на основе удара за ударом. [64]
Хотя МРТ является важным исследовательским инструментом для точного измерения Q , в настоящее время он не используется клинически для гемодинамического мониторинга в условиях неотложной помощи или интенсивной терапии. С 2015 года [обновлять]измерение сердечного выброса с помощью МРТ регулярно используется в клинических кардиологических МРТ-обследованиях. [65]
Метод разбавления красителя осуществляется путем быстрого введения красителя, индоцианина зеленого , в правое предсердие сердца. Краситель течет с кровью в аорту. Зонд вводится в аорту для измерения концентрации красителя, покидающего сердце через равные промежутки времени [0, T ], пока краситель не исчезнет. Пусть c ( t) будет концентрацией красителя в момент времени t . Разделив временные интервалы от [0, T ] на подынтервалы Δ t , количество красителя, которое протекает мимо точки измерения в течение подынтервала от до , составляет:
где — скорость потока, которая рассчитывается. Общее количество красителя составляет:
и, предположим , количество красителя равно:
Таким образом, сердечный выброс определяется по формуле:
где количество введенного красителя известно, а интеграл можно определить с помощью показаний концентрации. [66]
Метод разбавления красителя является одним из самых точных методов определения сердечного выброса во время нагрузки. Погрешность единичного расчета значений сердечного выброса в состоянии покоя и во время нагрузки составляет менее 5%. Этот метод не позволяет измерять изменения «от удара к удару» и требует, чтобы сердечный выброс был стабильным в течение приблизительно 10 с во время нагрузки и 30 с в состоянии покоя. [ необходима цитата ]
Сердечный выброс в первую очередь контролируется потребностью тканей организма в кислороде. В отличие от других насосных систем , сердце является насосом по требованию, который не регулирует свой собственный выброс. [67] Когда организм испытывает высокую метаболическую потребность в кислороде, метаболически контролируемый поток через ткани увеличивается, что приводит к большему потоку крови обратно в сердце, что приводит к более высокому сердечному выбросу.
Емкость, также известная как податливость, артерио-сосудистых каналов, которые несут кровь, также контролирует сердечный выброс. Поскольку кровеносные сосуды тела активно расширяются и сужаются, сопротивление току крови соответственно уменьшается и увеличивается. Тонкостенные вены имеют емкость примерно в восемнадцать раз большую, чем толстостенные артерии, поскольку они способны переносить больше крови в силу большей растяжимости. [68]
Из этой формулы ясно, что факторы, влияющие на ударный объем и частоту сердечных сокращений, также влияют на сердечный выброс. Рисунок справа иллюстрирует эту зависимость и перечисляет некоторые из этих факторов. Более подробная иерархическая иллюстрация представлена на следующем рисунке.
Уравнение ( 1 ) показывает, что HR и SV являются основными детерминантами сердечного выброса Q. Подробное представление этих факторов показано на рисунке справа. Основными факторами, влияющими на HR, являются автономная иннервация и эндокринный контроль. Факторы окружающей среды, такие как электролиты, продукты метаболизма и температура, не показаны. Детерминантами SV во время сердечного цикла являются сократимость сердечной мышцы, степень преднагрузки растяжения миокарда перед укорочением и постнагрузка во время выброса. [69] Другие факторы, такие как электролиты, можно классифицировать как положительные или отрицательные инотропные агенты. [70]
Когда Q увеличивается у здорового, но нетренированного человека, большую часть увеличения можно отнести к увеличению частоты сердечных сокращений (ЧСС). Изменение позы, повышенная активность симпатической нервной системы и пониженная активность парасимпатической нервной системы также могут увеличить сердечный выброс. ЧСС может варьироваться примерно в 3 раза — от 60 до 180 ударов в минуту — в то время как ударный объем (УО) может варьироваться от 70 до 120 мл (2,5 и 4,2 жидких унций имп.; 2,4 и 4,1 жидких унций США), то есть всего в 1,7 раза. [71] [72] [73]
Заболевания сердечно-сосудистой системы часто связаны с изменениями Q , в частности, пандемические заболевания гипертония и сердечная недостаточность . Увеличение Q может быть связано с сердечно-сосудистыми заболеваниями, которые могут возникнуть во время инфекции и сепсиса. Уменьшение Q может быть связано с кардиомиопатией и сердечной недостаточностью. [69] Иногда при наличии желудочковой болезни, связанной с дилатацией , EDV может меняться. Увеличение EDV может уравновесить дилатацию левого желудочка и нарушение сокращения. Из уравнения ( 3 ) результирующий сердечный выброс Q может оставаться постоянным. Возможность точного измерения Q важна в клинической медицине, поскольку она обеспечивает улучшенную диагностику отклонений и может использоваться для руководства соответствующим лечением. [74]
Фракция выброса (EF) — это параметр, связанный с SV. EF — это фракция крови, выбрасываемая левым желудочком (LV) во время фазы сокращения или выброса сердечного цикла или систолы . Перед началом систолы, во время фазы наполнения ( диастолы ), LV заполняется кровью до емкости, известной как конечный диастолический объем (EDV). Во время систолы LV сокращается и выбрасывает кровь до тех пор, пока не достигнет своей минимальной емкости, известной как конечный систолический объем (ESV). Он не опустошается полностью. Следующие уравнения помогают перевести влияние EF и EDV на сердечный выброс Q через SV.
Сердечный выброс (СИ) — это обратная операция сердечного выброса. Поскольку сердечный выброс подразумевает объемное выражение фракции выброса, сердечный выброс подразумевает объемную фракцию впрыска (ИФ).
IF = конечный диастолический объем (EDV) / конечный систолический объем (ESV)
Сердечный импульс – это легко визуализируемая математическая модель диастолы. [ необходимо разъяснение ]
У всех млекопитающих нормальной массы в состоянии покоя значение CO является линейной функцией массы тела с наклоном 0,1 л/(мин кг). [79] [80] Жир имеет около 65% потребности в кислороде на единицу массы по сравнению с другими тканями тела с худой массой. В результате расчет нормального значения CO у тучного человека более сложен; единого общего «нормального» значения SV и CO для взрослых не может существовать. Все параметры кровотока должны быть индексированы. Принято индексировать их по площади поверхности тела, BSA [м 2 ], по формуле Дюбуа и Дюбуа, функции роста и веса:
Результирующими индексированными параметрами являются индекс инсульта (SI) и сердечный индекс (CI). Индекс инсульта, измеряемый в мл/удары/м 2 , определяется как
Сердечный индекс, измеряемый в л/(мин м 2 ), определяется как
Уравнение CO ( 1 ) для индексированных параметров тогда меняется на следующее.
Нормальный диапазон для этих индексированных параметров кровотока составляет от 35 до 65 мл/уд/м 2 для SI и от 2,5 до 4 л/(мин м 2 ) для CI. [81]
Объединенный сердечный выброс представляет собой сумму выходов правой и левой сторон сердца. Это полезное измерение в фетальном кровообращении , где сердечные выбросы с обеих сторон сердца работают частично параллельно через овальное отверстие и артериальный проток , которые напрямую снабжают системный кровоток . [82]
Принцип Фика, впервые описанный Адольфом Ойгеном Фиком в 1870 году, предполагает, что скорость потребления кислорода является функцией скорости кровотока и скорости поглощения кислорода эритроцитами. Применение принципа Фика включает расчет потребляемого кислорода с течением времени путем измерения концентрации кислорода в венозной и артериальной крови. Q рассчитывается на основе этих измерений следующим образом:
Из этих значений мы знаем, что:
где
Это позволяет нам сказать
и , следовательно , вычислить Q. ( CA – CV ) также известно как артериовенозная разница кислорода . [ необходима ссылка ]
Хотя метод Фика считается наиболее точным методом измерения Q , он инвазивный и требует времени для анализа образцов, а точные образцы потребления кислорода трудно получить. Были модификации метода Фика, где содержание кислорода в дыхании измеряется как часть закрытой системы, а потребляемый кислород рассчитывается с использованием предполагаемого индекса потребления кислорода, который затем используется для расчета Q. Другие варианты используют инертные газы в качестве трассеров и измеряют изменение концентраций вдыхаемого и выдыхаемого газа для расчета Q (Innocor, Innovision A/S, Дания).
Расчет артериального и венозного содержания кислорода в крови — простой процесс. Почти весь кислород в крови связан с молекулами гемоглобина в эритроцитах. Измерение содержания гемоглобина в крови и процента насыщения гемоглобина — насыщения крови кислородом — простой процесс, который легко доступен врачам. Каждый грамм гемоглобина может переносить 1,34 мл O 2 ; содержание кислорода в крови — артериальной или венозной — можно оценить с помощью следующей формулы:
Индикаторный метод был дополнительно разработан путем замены индикаторного красителя нагретой или охлажденной жидкостью. Изменения температуры, а не концентрация красителя измеряются в местах циркуляции; этот метод известен как термодилюция. Катетер легочной артерии (PAC), введенный в клиническую практику в 1970 году, также известный как катетер Свана-Ганца , обеспечивает прямой доступ к правому сердцу для измерений термодилюции. Непрерывный, инвазивный, сердечный мониторинг в отделениях интенсивной терапии был в основном поэтапно отменен. PAC остается полезным при исследовании правого сердца, проводимом в лабораториях катетеризации сердца. [ необходима цитата ]
PAC имеет баллонный наконечник и надувается, что помогает «проплыть» баллону катетера через правый желудочек, чтобы закупорить небольшую ветвь системы легочной артерии. Затем баллон сдувается. Метод термодилюции PAC включает в себя инъекцию небольшого количества (10 мл) холодной глюкозы известной температуры в легочную артерию и измерение температуры на известном расстоянии 6–10 см (2,4–3,9 дюйма) с использованием того же катетера с температурными датчиками, установленными на известном расстоянии. [ необходима цитата ]
Исторически значимый многопросветный катетер Свана-Ганца позволяет воспроизводимо рассчитывать сердечный выброс из измеренной кривой времени-температуры, также известной как кривая термодилюции. Термисторная технология позволила сделать наблюдения, что низкий CO регистрирует медленное изменение температуры, а высокий CO регистрирует быстрое изменение температуры. Степень изменения температуры прямо пропорциональна сердечному выбросу. В этом уникальном методе три или четыре повторных измерения или прохода обычно усредняются для повышения точности. [83] [84] Современные катетеры оснащены нагревательными нитями, которые периодически нагреваются и измеряют кривую термодилюции, обеспечивая последовательные измерения Q. Эти приборы усредняют измерения в течение 2–9 минут в зависимости от стабильности кровообращения и, таким образом, не обеспечивают непрерывный мониторинг.
Использование PAC может быть осложнено аритмиями, инфекцией, разрывом легочной артерии и повреждением правого сердечного клапана. Недавние исследования у пациентов с критическими заболеваниями, сепсисом, острой дыхательной недостаточностью и сердечной недостаточностью показывают, что использование PAC не улучшает результаты лечения пациентов. [5] [6] [7] Эта клиническая неэффективность может быть связана с его низкой точностью и чувствительностью, которые были продемонстрированы при сравнении с датчиками потока в шестикратном диапазоне значений Q. [13] Использование PAC снижается, поскольку врачи переходят на менее инвазивные и более точные технологии для мониторинга гемодинамики. [85]
{{cite web}}
: Отсутствует или пусто |url=
( help ) в "OP 564–605". Интенсивная терапия . 31 (Suppl 1): S148–58. 2005. doi :10.1007/s00134-005-2781-3. S2CID 30752685.