Журнал «Медицина неотложных состояний» 7 (62) 2014

Статья опубликована на с. 134-137

В настоящее время и с довольно давних пор интегральным показателем работы системы крово–обращения справедливо считается сердечный выброс (СВ, Q), или объемная скорость кровотока. Однако есть ряд соображений, по которым на роль интегрального может претендовать другой показатель, а именно — мощность сердца (МС, P_C), или мощность кровотока. К сожалению, этот показатель в медицине незаслуженно забыт, хотя мощность является более информативным показателем, чем скорость (и легковой автомобиль, и товарный поезд могут ехать с одинаковой скоростью, но очевидно, что мощности автомобиля и локомотива различаются на пару порядков).

СВ — отражение скорости доставки кислорода тканям, и эта скорость должна соответствовать потребностям тканей в кислороде. Однако эта доставка сама по себе требует энергии и, следовательно, кислорода, то есть доставка кислорода тканям имеет энергетическую, или, можно сказать, кислородную, цену (как и процесс внешнего дыхания). При анализе энергетических процессов и транспорта кислорода эта цена не должна выпадать из поля зрения исследователей. Поскольку энергию для движения по сосудам кровь получает от сердца, то энергетическая цена доставки кислорода тканям определяется скоростью затрат энергии миокардом, или его мощностью.

Напомним, что мощность — это скорость выполнения работы, а работа — процесс перехода энергии одного вида в энергию другого вида. В миокарде химическая энергия переходит в механическую, для чего необходим кислород. Почти вся кинетическая энергия, получаемая кровью от миокарда, используется на преодоление общего периферического сопротивления сосудов (ОПСС, R), при этом энергия кровотока перед правым желудочком хотя и мала, но не равна 0. Для сообщения крови кинетической энергии (равной mv²/2) сердце действует на нее силой давления F_Д.

Рассмотрим бесконечно малый отрезок длиной ll начального участка аорты непосредственно после аортального клапана (рис. 1).

Для строгих рассуждений требуется дифференциальное исчисление, но для понимания физического смысла можно обойтись и без него. Кинетическая энергия крови на этом отрезке еще не израсходована и равна полученной от сердца. На протяжении этого отрезка на бесконечно малый элемент кровотока площадью S действует сила давления F_Д. Работа этой силы

но сила давления

                             F_Д = Д • S,                          (2)

где Д — давление, следовательно

Теперь, чтобы найти мощность кровотока, необходимо совершенную работу A отнести к промежутку времени t, в течение которого эта работа выполнена:

                           PC = Д • V/t.                         (5)

Но V/t = Q, то есть скорости объемного кровотока, или СВ, следовательно

                            PC = Д • Q.                          (6)

Как упомянуто выше, перед правым желудочком кровь еще сохраняет небольшую часть полученной от сердца кинетической энергии и движется под некоторым давлением (центральным венозным давлением — ЦВД), поэтому в (6) Д следует заменить на Д, равное разности между средним артериальным давлением (САД) и ЦВД:

Учитывая, что

мощность сердца можно определить и по–дру–гому:

или

                           P_C = Q² • R.                         (10)

Принципиальным является вопрос о единицах измерения. Достаточно привычная единица мощности ватт (Вт = Дж/с = н • м/с) — единица СИ, в которой основными единицами являются кг, м и с, значит и все остальные интересующие нас величины тоже следует измерять в единицах этой системы. В системе СИ 1 мм рт.ст. = 133,28 н/м² (Па), 1 мм вод.ст. = 9,8 Па, 1 дин · с · см^–5 = 10⁵ н · с · м^–5 (единица измерения общего периферического сосудистого сопротивления). Встречающаяся иногда единица измерения ОПСС кПа·с/л не может быть признана корректной, так как по существу не является единицей СИ: единицей объема в этой системе является не литр, а кубический метр, а кПа = 1000 Па = 1000 н/м².

Как видно из (8), один и тот же СВ может быть обеспечен при разном ОПСС, и чем выше ОПСС, в той же мере должно быть выше и Д для обеспечения того же СВ. Из (9) видно, что изменение ОПСС оказывает меньшее влияние на МС, чем Д, и их пропорциональный рост, оставляя СВ неизменным, ведет к такому же росту МС (условно говоря, если Д и ОПСС вырастут в 2 раза, СВ не изменится, а МС вырастет тоже в 2 раза). Отсюда ясно, что цена доставки каждого мл кислорода даже при постоянном СВ может быть разной, и эту цену платит миокард.

По аналогии с сердечным индексом можно определить и индекс МС (ИМС), измеряемый в Вт/м². Однако отдельного обсуждения требует вопрос, какого рода ИМС более информативен: МС, отнесенная к площади поверхности тела, или МС, отнесенная к массе тела. Представляется более предпочтительной МС, отнесенная к массе тела, поскольку энергия потребляется все же не поверхностью тела, а его массой (хотя, справедливости ради, следует указать на то, что излучается энергия именно поверхностью тела). В принципе можно представить двух больных с разной массой тела при одинаковой площади его поверхности. Очевидно, больше энергии, а значит, и кислорода, потребляет тело большей массы. Кстати, сердечный индекс, обычно измеряемый в л/мин · м², в системе СИ должен измеряться в м/с, поскольку (м³/с), деленное на (м²), дает м/с.

Приведем несколько гипотетических вариантов эукинетического режима кровообращения (табл. 1).

Как видно из табл. 1, один и тот же СВ (то есть одна и та же скорость доставки кислорода тканям) может быть обеспечен при разных затратах энергии миокардом (то есть при разных затратах кислорода миокардом). Логично было бы ввести показатель, отражающий энергетическую (кислородную) цену доставки кислорода тканям. Этот показатель должен быть равен отношению МС к СВ. Однако очевидно, что отношение МС/СВ равно перфузионному давлению Д. Таким образом, давление крови в сосудах имеет еще один физиологический смысл — энергетическая цена снабжения тканей кислородом.

Взяв нормальные величины СВ (4–6 л/мин), СИ (2,5–4 л/мин · м²) и ОПСС (1,2 • 10⁸ – 1,5 • 10⁸ н · с · м^–5) [1], узнаем из (10) пределы МС и ИМС здоровых людей: МС — от 0,533 до 1,5 Вт, ИМС — от 0,356 до 1 Вт/м².

Определенный интерес, с точки зрения изучения энергетической цены обеспечения организма кислородом, представляет рассмотрение гемодинамических сдвигов во время развития гипертонической болезни. Как правило, она начинается гиперкинетическим режимом кровообращения (АД повышается за счет увеличения силы сокращений сердца и роста СВ), продолжается эукинетическим (повышение АД обусловлено ростом ОПСС, тогда как СВ неизменен) и заканчивается гипокинетическим (повышение ОПСС настолько велико, что даже уменьшение СВ не снижает высокого АД). Для простоты допустим следующие значения СВ: при гипокинетическом типе — 4 л/мин, эукинетическом — 5 л/мин, гиперкинетическом — 6 л/мин. Показатели гемодинамики при этом могли бы быть такими (табл. 2).

Не менее интересно рассмотреть энергетику мио–карда при шоке. Для шока типично значимое повышение ОПСС, степень которого линейно зависит от снижения СВ, если оно не превышает 40 % исходного значения (Borgdorf Р., 1983). Это ведет к централизации кровообращения, физиологический смысл которого состоит в поддержании системного перфузионного давления, поскольку снижение СВ неизбежно приводит к артериальной гипотензии [2]. Пусть СВ снизился с 5 л/мин до 40 % этой величины, то есть в 2,5 раза — до 2 л/мин (3,3 • 10^–5 м³/с), тогда ОПСС для поддержания прежнего Д повысится в 2,5 раза (например, с 1,35 • 10⁸ до 3,4 • 10⁸ н · с · м^–5). В таком случае МС будет равна всего 0,378 Вт (!), то есть миокард будет испытывать колоссальный энергодефицит.

Для оценки применимости показателя МС мы решили рассчитать его по данным ранее проведенного исследования [3], в котором сравнивалась способность кордарона и дигоксина повышать насос–ную функцию сердца при острой недостаточности кровообращения. Кроме других показателей оценивалась также скорость доставки кислорода (DO₂). Исследование проводилось на 3 этапах — исходном, через 2 и 8 часов после начала исследования. Теперь мы рассчитали и МС с ИМС (по традиции МС отнесли к площади поверхности тела). Результаты представлены в табл. 3.

Коэффициент корреляции Пирсона между МС и СВ, ИМС и СИ, а также между МС и DO₂ был в данном исследовании не ниже 0,95 ± 0,02 в группе больных, получавших дигоксин, и не ниже 0,81 ± 0,11 в группе больных, получавших кордарон. Это позволяет заключить, что оба препарата, хотя и в разной степени, увеличивают СВ благодаря повышению МС.

По–видимому, такой показатель, как МС, имеет не меньше прав на жизнь, чем СВ сам по себе. Возможно, в ряде случаев он окажется весьма полезным. Дальнейшие исследования должны внести ясность в этот вопрос.

Выводы

1. Снабжение тканей кислородом требует от миокарда выполнения физической работы с некоторой скоростью, то есть определенной мощности, следовательно, миокард должен обеспечивать себя необходимым количеством кислорода.

2. Один и тот же сердечный выброс может быть обеспечен при разных энергозатратах миокарда, то есть обеспечение тканей кислородом имеет кислородную цену, изменяющуюся в зависимости от условий кровообращения.

3. Давление крови в сосудах отражает не только состояние компенсации кровообращения, но и кислородную цену снабжения тканей кислородом.

4. Исследования состояния центральной гемодинамики должны включать изучение мощности сердца для более полного отражения кислородного баланса миокарда.