Измерение сердечного выброса

В настоящее время для определения объемной скорости кровотока, или сер­дечного выброса, в клинике широко применяют прямые методы Фика и разведе­ния индикатора. В целом, все уравнения, используемые в этих методах, отражают принцип, выдвинутый Адольфом Фиком, утверждающий, что скорость, с которой вещество, растворенное в жидкости, поступает в какую-либо область с током этой жидкости, равна произведению скорости течения этой жидкости и разницы концентрации данного вещества в точках, расположенных проксимальнее и дис­тальнее этой области. Таким образом,

Q= F(C_a—C_V), где

Q — количество вещества, поступившего к месту регистрации за единицу времени;

F — скорость тока жидкости; С_а и С_V — концентрации вещества в проксимальной и дистальной точках их определения, соответственно.

Аналогичное уравнение может быть использовано для измерения скорости удаления, или клиренса, вещества. Если искомой величиной является скорость течения жидкости, то уравнение приобретает следующий вид:

Прямой метод Фика. В основе этого метода измерения сердечного выброса лежит предположение, что в покое поступление кислорода в легкие равно коли­честву кислорода, утилизируемому тканями, количество крови, выбрасываемое левым желудочком (системный кровоток), равно объему крови, протекающему через легкие. Важным элементом при осуществлении этого метода является за­бор исключительно смешанной венозной крови, поскольку концентрации кислоро­да в крови полых вен и коронарного синуса значительно различаются. В связи с этим пробу крови обычно берут из системы правого желудочка или, что пред­почтительнее, из легочной артерии. На практике взятие артериальной и венозной крови (С_а и С_V) осуществляют во время измерения потребления кислорода Q в течение 3 мин, когда выполняется спирометрия и последующий химический анализ выдыхаемого воздуха. Затем рассчитывают скорость тока жидкости Р или сердечный выброс. Состояние больного должно быть стабильным на протя­жении всего периода измерения во избежание транзиторных колебаний систем­ного кровотока или скорости вентиляции легких, что может отрицательно по­влиять на гипотетическое допущение о том, что поступление кислорода в легкие равно утилизации его тканями.

Метод разведения индикатора. Этот метод представляет собой специфиче­скую модификацию метода Фика с использованием различных относительно мало­растворимых индикаторов. Индикаторы вводят в кровеносное русло и концент­рации их определяют в пробах крови, взятых из участков, расположенных ниже по ходу кровотока, с помощью специальных детекторов. Например, краситель индоцианин зеленый вводится внутривенно, а кровь, взятую из артерии, с посто­янной скоростью пропускают через откалиброванный денситометр, производящий непосредственное измерение концентрации красителя. Болюс индикатора вводят однократно и быстро, после чего происходит равномерное перемешивание красителя с кровью в одном из сосудистых образований, например, в полости желудочка. По­строение затем кривой концентрация — время позволяет определить скорость вымывания индикатора из области его смешивания с кровью. Прежде чем начнется рециркуляция красителя, колено кривой, направленное вниз, имеет экспоненциаль­ный характер. Поэтому если кривая регистрируется на специальной полулогариф­мированной бумаге, то можно избежать волны рециркуляции красителя. Среднюю концентрацию красителя с можно рассчитать, зная площадь под скорригированной кривой и протяженность этой кривой. Следовательно, скорость кровотока F прямо пропорциональна количеству введенного индикатора i и обратно пропор­циональна его средней концентрации с и протяженности кривой t в секундах, что выражается формулой F=60i/ct. Простой пример позволит проиллюстриро­вать эту зависимость: если внутривенно введено 8 мг красителя, средняя кон­центрация его в крови составила 2 мг/л, а в точке взятия крови он появился через 60 с после введения, то скорость кровотока будет равна 4 л/мин.

В качестве индикатора может быть использован охлажденный физиологи­ческий раствор. В этом случае в легочной артерии устанавливают катетер с термодилюционным датчиком. Стандартное количество физиологического раствора вводится в кровеносное русло на уровне места впадения верхней или нижней полой вены в правое предсердие. Происходящее снижение температуры введен­ного раствора (аналогичное изменению концентрации) регулируется в легочной артерии с помощью небольшого термистора, находящегося на расстоянии 2—5 см от кончика катетера. Опыт проведенных исследований показал, что результаты, полученные методом термодилюции, прекрасно коррелирует с результатами дру­гих методов определения сердечного выброса. Величина сердечного выброса может быть также рассчитана при проведении постоянной инфузии. Однако определение сердечного выброса по единичной термодилюционной кривой имеет некоторые преимущества: не требуется введения индикатора в артериальное русло; дешевизна используемого индикатора; минимальная рециркуляция; по­лучаемый аналоговый сигнал хорошо поддается компьютерному обсчету, что позволяет быстро определить величину сердечного выброса.

Измерение легочного и системного сосудистого сопротивления. В упрощен­ном виде (без учета длины сосуда и вязкости крови) формула расчета легочного сосудистого сопротивления свидетельствует о том, что величина сопротивления прямо пропорциональна снижению давления на протяжении сосудистого русла и обратно пропорциональна скорости кровотока. Это отношение разницы сред­них величин давлений (выраженной в длинах на квадратный сантиметр) к объ­емному кровотоку (выраженному в кубических сантиметрах в секунду) пред­стает в следующих единицах измерения: произведение дин на секунды, деленное на сантиметры в пятой степени (дин- с/см⁵). При этом разницу средних вели­чин давления на проксимальном и дистальном конце легочного сосудистого русла получают, вычитая величину среднего давления в левом предсердии или легоч­ного давления заклинивания из величины среднего давления в легочной артерии:

Сопротивление = (Р_ЛА мм рт. ст. — Р_ЛП мм рт. ст.)•1332 дин/см² / (сердечный выброс мл/с),

где Р_ЛА и Р_ЛП — величины среднего давления в легочной артерии и левом предсердии соответственно;

1 мм рт. ст. = 1,36 см водн. ст.

1 см водн. ст. = 980 дин/см² силы.

Единицы сопротивления, а именно градиент давлений в мм рт. ст., деленный на сердечный выброс в литрах за минуту, а также условные единицы могут быть использованы и для оценки артериолярного сопротивления (см. табл. 180-2). Определение легочного сосудистого сопротивления, которое обычно составляет 15 % от величины системного сосудистого сопротивления, чрезвычайно важно у пациентов с врожденными заболеваниями сердца и шунтами в системе кровооб­ращения, а также при некоторых формах приобретенных заболеваний сердца и легких. Его расчет помогает интерпретировать взаимоотношения величин дав­ления в легочной артерии и легочного кровотока, поскольку очевидно, что состоя­ния, при которых высокое давление сочетается с высоким кровотоком, существен­но отличаются от состояний, характеризующихся высоким давлением и низким кровотоком.

Размеры просвета клапана и клапанная регургитация. При нормальном сердечном выбросе выраженность стенотического поражения клапана может быть определена путем измерения градиента давления через клапан. Если же сердеч­ный выброс повышен или снижен, то заключения о степени механической об­струкции, сделанные на основании лишь градиента давления, могут быть оши­бочными. Кроме того, оценивая выраженность градиента давления, важно учи­тывать также частоту сердечных сокращений. В случае частых сердечных сокра­щений систола занимает непропорционально большую часть каждого сердечного цикла. При этом время заполнения камер сердца кровью в диастолу ограничено. Вследствие этого даже относительно небольшой стеноз сопровождается высоким градиентом давления через атриовентрикулярный клапан. В этих ситуациях большую помощь в анализе выраженности клапанного стеноза оказывают гид­равлические формулы, разработанные Горлин и Горлин для расчета величины просвета клапана. В соответствии с этими формулами:

Из этих формул видно, что площадь просвета клапана, рассчитанная на основании короткой оси, прямо пропорциональна объемной скорости кровотока через просвет и обратно пропорциональна квадратному корню градиента давле­ния. Например, если кровоток через суженный просвет клапана, имеющий фик­сированные размеры, в два раза превышает нормальные величины, что часто имеет место при повышении сердечного выброса во время физической нагрузки, то градиент давления увеличится в четыре раза, что приведет к резкому повыше­нию давления в камере сердца, находящейся выше стенозированного отверстия. Напротив, при снижении кровотока, наблюдаемом у больных с сердечной недо­статочностью, небольшой градиент давления может быть зарегистрирован и при наличии тяжелого стеноза. Эта зависимость не согласуется с представленными выше общими уравнениями расчета сопротивления и отражает тот факт, что при прохождении крови через пораженный клапан происходят значительные потери кинетической энергии, а значительная часть создаваемого давления уходит на развитие высокой скорости кровотока через узкий просвет клапана.

Использование приведенных выше формул расчета площади просвета кла­панов невозможно при наличии выраженной клапанной недостаточности, когда измерению поддается лишь часть (системная) сердечного выброса, а неизвестный объем крови возвращается в камеру сердца и вновь проходит через отверстие во время следующего сердечного сокращения. Применение этих формул в таких условиях приводит к получению заниженных величин площади просвета клапана, так как они рассчитываются на основании заниженных значений попадающего во впередилежащие отделы кровеносной системы объема крови. Тем не менее если имеется возможность определить долю регургитации, что делается обычно с помощью ангиографических методов, и рассчитать общий кровоток через стено­зированное устье, то указанные формулы сохраняют свою эффективность.

Выявление и количественная оценка циркуляторных шунтов. Если между левыми и правыми отделами сердца имеется соединение или если легочное со­судистое сопротивление и упругость правого желудочка ниже, чем системное сосудистое сопротивление и упругость левого желудочка соответственно, то воз­никает сброс охсигенированной крови «слева направо». Напротив, если сопротивление легочного сосудистого русла выше, чем в большом круге кровообраще­ния, или дистальнее внутрисердечных соединений, кровоток затруднен, как, на­пример, в случае стеноза легочного ствола, или диастолическая упругость пра­вого желудочка повышена, то может развиться сброс венозной крови «справа налево».

Для выявления циркуляторных шунтов были опробованы индикаторы многих типов. В качестве индикатора может выступать кислород, находящийся в окру­жающем воздухе. Осуществляя взятие крови на различных уровнях системного венозного русла, правых отделов сердца и легочных артерий, с помощью мано­метров или оксиметров определяют концентрацию кислорода в ней. Могут быть использованы и различные экзогенные инертные газы, например водород. Они, как и кислород, «вводятся» в легочный кровоток при вдохе, а их концентрацию определяют в правых отделах сердца с помощью катетера, снабженного на конце сенсором, который последовательно перемещают из легочной артерии в правый желудочек, правое предсердие и полые вены. Нехарактерное повышение концент­рации индикатора или его раннее появление в крови указывает на место поступ­ления крови вследствие ее сброса «слева направо». Иногда индоцианин зеленый вводят в венозную часть системы кровообращения, а кривые разведения индика­тора получают, помещая денситометр на периферическую артерию. Раннее появ­ление индикатора в этом случае указывает на наличие сброса крови «справа налево» ниже (по току крови) места инъекции. В связи с этим повторные вве­дения красителя последовательно в правое предсердие, правый желудочек и ле­гочную артерию до тех пор, пока не будет отмечено раннее появление его в месте взятия крови, позволяют устанавливать локализацию шунта. У большинства больных, однако, уровень шунтирования крови может быть определен при визу­альном анализе киноангиограмм, полученных во время селективного введения контрастных веществ.

Для количественной оценки величины шунтов «слева направо» и «справа налево» определяют содержание кислорода в крови или насыщение крови кисло­родом в порциях, взятых из нижней и верхней полых вен, правых отделов сердца, легочных вен, левых отделов сердца, восходящей аорты и периферических арте­рий. Подставляя их в уравнение Фика, рассчитывают относительную величину легочного и системного кровотока, а также абсолютные значения шунтов «справа налево» и «слева направо». В целом принято считать, что величины отношения легочного кровотока к системному, равные 1,5—1,0, указывают на наличие кли­нически значимого сброса крови «слева направо».