Принцип Фика при определении сердечного выброса

В 1870 г. немецкий физиолог Адольф Фик впер­вые предложил метод измерения объема сердечного выброса у здоровых животных и людей. Основой этого метода, названного принципом Фика,являет­ся простое применение закона сохранения массы. Данный закон исходит из положения, что количе­ство кислорода (О₂), доставленное в легочные ка­пилляры через легочную артерию, плюс количество О₂, попадающее в легочные капилляры из альвеол, должны равняться количеству О₂, которое уносится легочными венами.

Принцип Фика схематически изображен на рис. 710251114.

Рис. 710251114. Схема, иллюстрирующая принцип Фика для измере­ния сердечного выброса[Мф16] .

Количество q₁кислорода, доставленного в легкие, равно концентрации О₂ в крови легочной ар­терии ([О₂]_ра), помноженной на скорость кровотока в легочной артерии (Q), которая равна сердечному выбросу, т. е.

Обозначим количество кислорода, полученное легочными капиллярами из альвеол, как q₂. При рав­новесии q₂равно потреблению О₂организмом. Ко­личество О₂, которое выводится по легочным венам (обозначим его q₃), равно концентрации кислорода в крови легочной вены, [О₂]_pv„ помноженной на об­щий легочный венозный кровоток, фактически рав­ный кровотоку в легочной артерии (Q), т.е.

Согласно закону сохранения массы

Поэтому

Таким образом, объем сердечного выброса

Это уравнение является формулировкой прин­ципа Фика.

Для клинического определения объема сердечного выброса необходимы три значения:

1) объем потребления кислорода организмом;

2) концентрация кислорода в крови легочной вены ([О₂]_pv);

3) концентрация кисло­рода в крови легочной артерии ([О₂]_ра).

Потребление кислорода рассчитывается на основе измерений объема выдыхаемого воздуха и содержания в нем кислорода через определенный промежуток времени.

Так как кон­центрация кислорода в периферической артериальной крови в значительной мере идентична его концентрации в легочных венах, определяется в пробе перифе­рической артериальной крови, взятой иглой для пунк­ций.

Кровь легочной артерии фактически пред­ставляет собой смешанную венозную кровь. Пробы кро­ви для определения количества кислорода берутся из легочной артерии или правого желудочка через катетер.

Раньше использовался относительно жесткий катетер, который надо было вводить в легочную артерию под рентгеновским контролем. Сегодня очень гибкий кате­тер с маленьким баллончиком возле наконечника может быть введен в периферическую вену. Когда трубка внут­ри сосуда, кровоток переносит ее к сердцу. Следуя из­менениям давления, врач может ввести наконечник ка­тетера в легочную артерию без помощи рентгеноскопии.

Пример рассчета объема сердечного выброса здо­рового взрослого человека, находящегося в состоя­нии покоя, показан на рис. 710251114. При потреблении кислорода 250 мл/мин, его содержании в артериальной (легочной венозной) крови 0,20 мл на 1 мл крови и в смешанной венозной (легочной артериальной) крови 0,15 мл на 1 мл крови объем сердечного выброса равен 250/(0,20 - 0,15) = 5000 мл/мин.

Принцип Фика также используется для оценки по­требления кислорода органами, когда есть возможность для определения кровотока и содержания кислорода в артериальной и венозной крови. Алгебраическая подста­новка показывает, что оно равно кровотоку, умноженно­му на разницу между концентрациями О2 в артериаль­ной и венозной крови. Например, если кровоток через одну почку составляет 700 мл/мин, содержание кисло­рода в артериальной крови равно 0,20 мл на 1 мл крови, а в крови почечной вены — 0,18 мл на 1 мл крови, ско­рость потребления должна быть 700 (0,2-0,18) = 14 мл О2 в 1 мин.

Метод Стюарта-Гамильтона определенияи сердечного выброса[Мф17]

Метод применения растворенных индикаторов для измерения объема сердечного выброса также основы­вается на законе сохранения массы; он схематично изображен на рис. 710251134.

Рис. 710251134. Метод разведения индикатора для измерения сердеч­ного выброса. В этой модели, в которой нет рециркуляции, количе­ство q, мг, красящего вещества одномоментно впрыскивается в точке А в кровоток при Q мл/мин. Смешанный образец жидкости, протекающей через точку В, пропускается с постоянной скоростью через денситометр; С — концентрация красителя в жидкости. Получающаяся в результате кривая концентрации красителя в точ­ке В имеет конфигурацию, показанную в нижней части рисунка.

На схеме жидкость течет че­рез трубку со скоростью Q (мл/с), и q (мг) красящего вещества одномоментно вводится в ее поток в точке А. Смешивание происходит в какой-то точке потока ниже по течению. Если небольшую пробу жидкости непре­рывно там забирать (из точки В) и пропускать через денситометр, кривая концентрации красящего веще­ства, с, может быть записана как функция времени t (см. нижнюю часть рис. 710251134).

Если между точками А и В не происходит потери красящего вещества, количество красителя, q, прохо­дящее через точку В между моментами времени t₁ и t₂, будет равно

где — средняя концентрация красителя. Ее величина может быть вычислена путем деления размера области концентрации красителя на продолжительность (t₂ –t₁) кривой, т.е.

Подставляем величину с в уравнение 45.6 и вычис­ляем значение Q.

Таким образом, поток может быть измерен путем деления количества индикатора (красящего вещества), введенного в него выше по течению, на отрезок, распо­ложенный под кривой концентрации красителя ниже по течению.

Этот метод широко использовался для измерения объема сердечного выброса у человека. Измеренное количество какого-либо индикатора (красителя или радиофармпрепарата, который остается внутри циркуляции) быст­ро вводится в крупную центральную вену или правую половину сердца через катетер. Артериальная кровь непрерывно пропускается через детектор (денситометр или счетчик радионуклидов), и кривая концентрации инди­катора записывается как функция времени.

В настоящее время наиболее популярным методом растворения красящих веществ является термодилюционный метод.Как индикатор здесь используется холодный солевой раствор. Его температура и объем точно устанавливаются перед инъекцией. Гибкий кате­тер вводится в периферическую вену и продвигается так, чтобы наконечник попал в легочную артерию. Маленький терморезистор на конце катетера записы­вает изменения температуры. Отверстие в катетере находится на расстоянии нескольких дюймов от наконеч­ника. Когда конец катетера помещен в легочную арте­рию, отверстие, соответственно, находится в правом предсердии или рядом с ним. Холодный солевой ра­створ быстро вводится через катетер в правое предсер­дие и вытекает через отверстие катетера. Изменение температуры ниже по течению крови записывается тер­морезистором в легочной артерии.

Термодилюционный метод обладает следующими преимуществами: 1) отпадает необходимость в артери­альной пункции; 2) небольшие количества солевого раствора, используемые при каждом измерении, без­вредны, что дает возможность проводить повторные измерения; 3) рециркуляция незначительна. Темпера­тура выравнивается за счет того, что охлажденная кровь протекает через сеть легочных и системных ка­пилляров до того, как во второй раз проходит через терморезистор в легочной артерии.